Laserové pulzy odhalují tajemství

Nová metoda umožňuje přesnou charakterizaci ultrakrátkých laserových pulzů

Profesor Reinhard Kienberger generuje ve své laboratoři laserové pulzy jen pár biliontů sekundy. V díle publikovaném v Nature ukazuje, jak lze přesně charakterizovat takové laserové pulzy. © Thorsten Naeser / TUM
číst nahlas

Získání snímků z vnitřního fungování atomů je jedním z nejdůležitějších cílů fyziky v atosekundě: Extrémně krátké laserové záblesky by měly zviditelnit pohyb elektronů kolem atomového jádra. Ideální by byl laserový puls, který obsahuje přesně jednu kosinusovou vlnu. Výzkumný tým nyní vyvinul metodu, která umožňuje plně charakterizovat jednotlivé ultrashort laserové pulzy.

Experimentální uspořádání tak může být optimalizováno přesně na požadovanou kosinusovou vlnu, uvedli vědci v aktuálním online vydání vědeckého časopisu „Nature Physics“.

Atomy jsou obvykle zastoupeny, jako kdyby elektrony v nějaké sféře obklopovaly jádro. Pro cílený vliv chemických reakcí nebo další vývoj elektronických součástek by však bylo velmi zajímavé mít možnost přímo pozorovat elektrony a jejich interakci s jádrem a prostředím. S extrémně krátkými intenzivními laserovými pulzy začíná fyzika attosekundy zkoumat tuto bílou skvrnu na mapě.

Poprvé pozorované elektrony v atomovém prostředí

Vytváření těchto nepředstavitelně krátkých záblesků světla vyžaduje několik triků. „Atosekunda je biliontina sekundy, číslo se 17 nuly mezi čárkou a jedničkou, “ vysvětluje profesor Reinhard Kienberger, fyzik na Technické univerzitě v Mnichově (TUM). "Dokonce i jediná plná vlna viditelného světla s 2 500 vteřinami je pro naše experimenty příliš dlouhá."

Fyzici proto používají ultrashortové laserové pulzy k vypuzování elektronů z atomů neonů vzácných plynů, které emitují ultrafialové světlo, když klesnou zpět do své původní polohy. Toto světlo má nyní požadovanou vlnovou délku v rozsahu attosekund. A profesor Ferenc Krausz z Institutu Maxe Plancka pro kvantovou optiku v garchingu jako první přímo pozoroval elektrony v jejich atomovém prostředí. zobrazit

Pro přesnější pozorování nyní fyzici chtějí ideální kosinusovou vlnu, ve které je dosaženo maximální síly elektrického pole. Ale iu nejsložitějších technických triků existují vždy malé odchylky, které falšují měření. Ještě horší: Dosud jste nemohli ani přesně měřit, která fáze měla specifický puls. Pouze z průměrné hodnoty mnoha pulzů bylo vidět, zda byla v průměru správná. Pro mnoho experimentů je tento přístup příliš nepřesný a není vůbec užitečný pro lasery s vysokou energií, které dodávají pouze jednotlivé impulsy.

Rozhodující průlom byl úspěšný

Účinek podobný generování attosecond pulsů v interakci vysoce intenzivních laserových pulsů s atomy nyní přinesl rozhodující průlom pro Kienbergera a jeho tým: většina elektronů udeřila z atomu laserovým pulsem nenajde cestu zpět k ní „Matomatom“. Trochu zjednodušeno: Pokud maximum kosinusové vlny směřuje doleva, tyto elektrony létají doleva, směřují doprava, létají doprava.

Při průchodu sinusovou vlnou je zaregistrován stejný počet elektronů vpravo i vlevo. Vědci nyní mohou přesně říci, jaká byla fáze nepřetržitého pulsu. A mohou optimalizovat elektroniku tak, aby byly odchylky kompenzovány.

Kienberger svou metodou nastavuje T r pro zcela nové experimenty pro vysokoenergetické lasery: tyto lasery dodávají jen několik pulzů za sekundu. Stabilizace je beznadějná, protože doba mezi dvěma impulsy je příliš dlouhá. Pokud ale shromáždíte hodně pulzů a vyberete ty, které mají pro vlnu správnou fázi, pak se podle vědců výsledky měření najednou stanou interpretovatelnými.

(Technická univerzita v Mnichově (TUM), 20.04.2009 - DLO)