Forskere genererer attosekundslys fra industriel laser

Forskere fra University of Central Florida gør det banebrydende område inden for attosekundvidenskab mere tilgængeligt for forskere fra alle discipliner.

Deres metode til at hjælpe med at åbne feltet er detaljeret i en ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab fremskridt .

Et attosekund er en milliardtedel af en milliarddel af et sekund, og evnen til at foretage målinger med attosekunds præcision giver forskere mulighed for at studere den hurtige bevægelse af elektroner inde i atomer og molekyler på deres naturlige tidsskala.

Måling af denne hurtige bevægelse kan hjælpe forskere med at forstå grundlæggende aspekter af, hvordan lys interagerer med stof, som kan informere indsatsen for at høste solenergi til elproduktion, opdage kemiske og biologiske våben, udføre medicinsk diagnostik med mere.

"En af de største udfordringer ved attosekundvidenskab er, at den er afhængig af laserfaciliteter i verdensklasse, " siger Michael Chini, en adjunkt i UCF's Institut for Fysik og undersøgelsens hovedforsker. "Vi er heldige at have en her på UCF, og der er sandsynligvis endnu et dusin på verdensplan. Men desværre, ingen af ​​dem drives virkelig som 'brugerfaciliteter, 'hvor forskere fra andre felter kan komme ind og bruge dem til forskning. "

Denne manglende adgang skaber en barriere for kemikere, biologer, materialeforskere og andre, der kunne drage fordel af at anvende attosecond science-teknikker på deres områder, Siger Chini.

"Vores arbejde er et stort skridt i retning af at gøre attosecond-pulser mere bredt tilgængelige, "Siger Chini.

"Vi viser, at lasere af industriel kvalitet, som kan købes kommercielt fra snesevis af leverandører med en pris på omkring $ 100, 000, kan nu bruges til at generere attosekundpulser."

Chini siger, at opsætningen er enkel og kan arbejde med en lang række lasere med forskellige parametre.

Attosecond science fungerer lidt som sonar eller 3-D laser kortlægning, men i en meget mindre skala. Når en attosekunds lysimpuls passerer gennem et materiale, interaktionen med elektroner i materialet forvrænger pulsen. Måling af disse forvrængninger giver forskere mulighed for at konstruere billeder af elektronerne og lave film af deres bevægelse.

Typisk, forskere har brugt komplekse lasersystemer, kræver store laboratoriefaciliteter og renrumsmiljøer, som drivende lasere for attosecond videnskab.

Fremstilling af de ekstremt korte lyspulser, der er nødvendige for attosekundforskning - hovedsageligt kun bestående af en enkelt oscillationscyklus af en elektromagnetisk bølge - har yderligere krævet at udbrede laseren gennem rør fyldt med ædelgasser, såsom xenon eller argon, for yderligere at komprimere pulserne i tide.

Men Chinis team har udviklet en måde at få sådanne få-cyklusimpulser ud af mere almindeligt tilgængelige lasere af industriel kvalitet, som tidligere kun kunne producere meget længere pulser.

De komprimerer cirka 100-cyklusimpulser fra lasere af industriel kvalitet ved at bruge molekylære gasser, såsom lattergas, i rørene i stedet for ædelgasser og varierende længden af ​​de impulser, de sender gennem gassen.

I deres papir, de demonstrerer kompression til kun 1,6 cyklusser, og enkeltcykluspulser er inden for teknikkens rækkevidde, siger forskerne.

Valget af gas og pulsenes varighed er nøglen, siger John Beetar, en doktorand i UCFs Institut for Fysik og undersøgelsens hovedforfatter.

"Hvis røret er fyldt med en molekylær gas, og især en gas af lineære molekyler, der kan være en forstærket effekt på grund af molekylernes tendens til at tilpasse sig laserfeltet, "Roer siger.

"Imidlertid, denne justeringsbetingede forbedring er kun til stede, hvis pulserne er lange nok til både at inducere rotationsjusteringen og opleve effekten forårsaget af den, "siger han." Valget af gas er vigtigt, da rotationsjusteringstiden afhænger af molekylets inerti, og for at maksimere forbedringen ønsker vi, at dette falder sammen med varigheden af ​​vores laserimpulser."

"Reduktionen i kompleksitet forbundet med at bruge en kommerciel, laser af industriel kvalitet kunne gøre attosecond science mere tilgængelig og kunne muliggøre tværfaglige anvendelser af videnskabsmænd med ringe eller ingen laserbaggrund, "Roer siger.