Zur Lösung dieser Fragestellungen wurden ultrakurze Laserpulse eingesetzt, die auf ein Edelgas fokussiert wurden und dabei Röntgenblitze erzeugten. Wird die Dauer des eingestrahlten Laserpulses auf wenige optische Schwingungen verkürzt, gibt es genau einen Röntgenblitz pro Laserpuls dessen Dauer im Attosekundenbereich liegt. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel eines Milliardstels einer Sekunde (10-18 s = 0,000000000000000001 s). Um sich einen Eindruck über diese Dimension zu verschaffen, kann man das Verhältnis von einer Attosekunde zu einer Sekunde mit dem Verhältnis von einer Sekunde zum Alter des Universums gegenüberstellen. Die Blitze, isolierte Attosekundenpulse genannt, können ähnlich wie in einem Stroboskop verwendet werden, um die extrem schnellen Vorgänge in Atomen, Molekülen oder an Oberflächen sichtbar zu machen.
Da die derzeitig verwendeten Lasersysteme nur wenige tausend Pulse pro Sekunde erzeugen können, ist die Generierung und Anwendung dieser Pulse noch stark eingeschränkt. Jedoch werden für die Aufnahme von multidimensionalen Daten wie z.B. Videos oder Koinzidenzmessungen viel höhere Pulswiederholfrequenzen benötigt.
Einem Forscherteam von Wissenschaftlern des Instituts für Angewandte Physik Jena (Universität Jena), dem Max-Born Institut Berlin und des Imperial College London ist es nun erstmalig gelungen, isolierte Attosekundenpulse bei noch nie dagewesenen Pulsfolgefrequenzen zu erzeugen. Das renommierte Fachmagazin Nature Photonics berichtet online über die Erfolge bei der Steigerung dieses wichtigen Parameters um einen Faktor von 200, womit völlig neuartige Anwendungen im noch jungen Gebiet der Attosekundenphysik ermöglicht werden. Für diesen enormen Schritt entwickelten die Forscher einen neuartigen parametrischen Verstärker, der mit einem Hochleistungsfaserlaser gepumpt wurde. Dieses weltweit einzigartige Lasersystem emittiert sogenannte few-cycle Pulse mit einer Dauer von nur zwei optischen Schwingungszyklen bei Pulsfolgefrequenzen bis in den Megahertzbereich. Diese Pulse wurden auf einen dünnen Gasstrahl aus Argonatomen fokussiert und lieferten in den dabei erzeugten optischen Spektren eindeutige Belege für die Erzeugung isolierter Attosekundenpulse, die durch eine übereinstimmende quantenmechanische Simulation untermauert wurden. Damit eröffnen die von dem Forscherteam erzielten Resultate einen neuartigen Zugang zu den Vorgängen in Atomen und Molekülen durch Methoden wie zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie oder sogar extreme Zeitraffer-Aufnahmen von mikroskopischen Vorgängen in der Attosekunden-Oberflächenphysik.
Originalveröffentlichung:
Krebs, M. et al. Towards Isolated Attosecond Pulses at Megahertz Repetition Rate. Nature Photon. (2013). doi:10.1038/nphoton.2013.131
www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/abs/nphoton.2013.131.html
Kontakt:
Jun.-Prof. Dr. Jens Limpert
e-mail: jens.limpert@uni-jena.de
Telefon: +49(0)3641 / 9-47811