26/05/2014 - Sie zeigen die Vorhersage des Forschers Carles Serrat, wie man Laserstrahlen mit hoher Intensität verstärkt

Menéame

Carles Serrat, Ermittler des Nichtlineare, nichtlineare, optische und Laser (DONLL) am Campus de la UPC in Terrassa, vor ein paar Monaten einen Weg gefunden, um die Intensität des Röntgenlaserlichts mit der Hochfrequenz-Alarmerzeugungstechnologie (HHG) zu verstärken, die auf die High Harmonic Generation). Seit mehr als zwei Jahrzehnten sucht die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft nach einem Weg, dies zu erreichen.

Die theoretische Arbeit von Serrat, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters, öffnete eine erste Tür, damit jedes Krankenhaus, jedes Universitätslabor oder jedes Forschungszentrum mittelfristig über die Eigenschaften von Laserstrahlen mit hoher Intensität verfügen konnte, um alle Arten von Experimenten durchzuführen. Heute müssen Wissenschaftler lineare Teilchenbeschleuniger und Synchrotrone einsetzen, um hochintensiv Röntgenlaserlicht zu haben, große Infrastrukturen, die nicht für alle zugänglich sind.

Vor kurzem wurde Professor C. Spielmann vom Helmholtz Institute Jena (Deutschland) hat ein Experiment durchgeführt, das zum ersten Mal weltweit die parametrische Verstärkung von Röntgenimpulsen mit einer Dauer von Attosekunden gezeigt hat. Die experimentellen Maßnahmen zeigen, dass die Verstärkung nur dann stattfindet, wenn die Röntgenimpulse perfekt mit dem ultraintensiven Infrarotpuls synchronisiert sind.

Diese Tatsache bestätigt die Vorhersage der Studie von Carles Serrat veröffentlicht in Physical Review. Mit dieser experimentellen Demonstration wird ein sehr wichtiger Schritt für die Erzeugung von hochenergetischen Röntgenimpulsen in kompakten Lasern getan, eine Technologie, die für jedes Labor der meisten Forschungseinrichtungen und Universitäten zugänglich wäre und die Ressourcen, die jetzt für den Zugriff auf Syncrotrone verwendet werden, sparen würde.

Die HHD-Methode zur Laserlichterzeugung

Laserlicht ist ein geordnetes Licht, das gesteuert werden kann, daher wird es als kohärentes Licht bezeichnet. Mit Laserlicht sind viele Anwendungen möglich. Die Wellenlänge des Röntgen-Laserlichts ermöglicht es zum Beispiel, mit allen Arten von Nanometrikmaterial wie biologischem Material zu interagieren und die Entwicklung der Elektronen in Atomen und Molekülen zu beobachten und zu steuern.

Lineare Teilchenbeschleuniger und Synchrotrone sind große Infrastrukturen, die Wissenschaftler nutzen, um Laser-Röntgen mit der Intensität zu erleben, die sie für ihre Forschung benötigen. Vor mehr als zwei Jahrzehnten jedoch, dass die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft untersucht, welche Möglichkeiten bietet eine andere Methode der Laserlicht-Röntgenerierung, die so genannte High Harmonic Generation (HHG). Diese Technologie besteht darin, sehr kurze und sehr intensive Pulse von Infrarot-Laserlicht mit Gasen zu interagieren. Mit der HHG-Methode können ultraviolette und Röntgenimpulse in jedem Labor erzeugt werden, aber nicht mit der Intensität, die die meisten Experimente erfordern.

Der Forscher Carles Serrat hat seit etwa fünf Jahren die Möglichkeiten einer Verstärkung des Laserlichts mit HHG-Technologie untersucht, bis er das System gefunden hat, um ein Problem zu lösen, das Physiker aus aller Welt seit 20 Jahren zu lösen versuchen. "Die Verstärkung der Energie für jeden Laserlichtpuls, der mit der von mir formulierten Methode erreicht wird, war bisher nicht erreicht worden und reicht für die meisten Anwendungen aus," erklärt Serrat.

Energietransfer ist der Schlüssel

Der UPC-Forscher hat festgestellt, dass "wenn die Impulse in der richtigen Weise kombiniert werden, wird die schwache hochfrequente Strahlung durch die Energie verstärkt, die das Infrarotlicht in die Elektronen des Gases überträgt. Auf dieser Grundlage schlägt er eine neue Methode zur Erzeugung von UV- und Röntgenlicht vor, mit HHG-Technologie mit einer Intensität für jeden Puls, die für Versuche mit Mikroskopie, Spektroskopie und Quantenkontrolle in Standardlabors ausreichend ist.

"Nun braucht es nur noch eine Forschungsgruppe oder ein Technologie-Innovationszentrum, um einen ersten Prototyp zu entwickeln," so Serrat abschließend, der mit seinem Vorschlag die Tür öffnet, dass Krankenhäuser und Forschungseinrichtungen ihre Technologieeinrichtungen zur Erzeugung von hoch gedrücktem Röntgenlaserlicht zur Verfügung stellen können, ohne dass kostspielige lineare Teilchenbeschleuniger oder Synchrotrone durchlaufen müssen.

Weitere Informationen

Artikel aus dem Experiment der deutschen Wissenschaftler, die die Theorie von Carles Serrat testen: Parametric amplization of attosecond pulse trains at 11 nm.  J. Wesen, E. Wesen, B. Landgraf, B. Ecker, B. Aurand A. Hoffmann, G. Winkler, S. Namba, T. Kuehl & C. Spielmann

Artikel von Carles Serrat: Coherent Extreme Ultraviolet Light Amplization by Strong-Field-Enhanced Forward Scattering

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UPC

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