Forschung & Entwicklung

Lichtblitze aus dem Plasmaspiegel

Relativistische Plasmen aus schnellen Elektronen wurden erstmals genutzt, um intensive, isolierte Attosekundenlichtblitze zu erzeugen.

Die Wechselwirkung zwischen extrem starken Laserpulsen und Materie hat neue Wege eröffnet, sehr kurze Lichtblitze, die nur noch Attosekunden dauern, zu erzeugen und damit den Mikrokosmos zu erforschen. So kurze Lichtblitze werden in der Regel durch die Interaktion von Laserlicht und Elektronen in Edelgasatomen produziert.

Doch nun haben Laserphysiker vom Labor für Attosekundenphysik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ), der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und der Umeå Universität (Schweden) eine neue Möglichkeit entwickelt, isolierte Attosekundenpulse zu generieren. Dazu haben sie extrem starke, femtosekundenlange Laserpulse mit Glas wechselwirken lassen. Das Laserlicht ionisierte das Glas und beschleunigte die freigesetzten Elektronen fast bis auf Lichtgeschwindigkeit. Dabei entstand ein sehr dichtes Plasma aus schnellen Elektronen, das wie ein Spiegel wirkt und sich in Richtung der Laserpulse bewegt. Erreichen die Elektronen nun knapp Lichtgeschwindigkeit, werden sie relativistisch. Sie beginnen im Laserfeld zu oszillieren. Dadurch erzeugt der Spiegel, den sie dabei formen, wiederum Attosekundenlichtblitze. Diese Blitze haben eine geschätzte Dauer von rund 200 Attosekunden und verfügen über Wellenlängen im ultravioletten Spektrum des Lichts (20-30 Nanometer, 40-60 eV).

Im Gegensatz zu herkömmlich erzeugten Attosekundenlichtblitzen konnten die Physiker diese Lichtblitze mithilfe der Form der Lichtwellen des Lasers sehr präzise kontrollieren. Ebenso beobachteten sie den zeitlichen Ablauf des Erzeugungsprozesses, das heißt die Bewegung des Plasmaspiegels. Die über den Plasmaspiegel produzierten Lichtblitze verfügen nun über eine weit höhere Intensität als herkömmliche Attosekundenlichtblitze.

Die höhere Intensität ermöglicht es den Forschern ihre Beobachtungen im Mikrokosmos noch genauer durchzuführen. Attosekundenlichtblitze dienen vor allem dazu, die Bewegungen von Elektronen zu erforschen und dadurch präzise Einblicke in die elementaren Vorgänge der Natur zu erhalten. Je intensiver sie sind, desto leichter wird es Teilchenbewegungen tief in der Materie zu erkunden. Mit ihren neuen Erkenntnissen haben die Laserphysiker nun eine Technologie entwickelt, die den Ultrakurzzeit-Physikern noch bessere Einblicke in die Geheimnisse der Natur verschaffen könnte.

von mn

Originalveröffentlichung:

[D. Kormin, A. Borot, G. Ma, W. Dallari, B. Bergues, M. Aladi, I. B. Földes, L. Veisz, Spectral interferometry with waveform-dependent relativistic high-order harmonics from plasma surfaces, Nat. Commun. 9 (2018), DOI: 10.1038/s41467-018-07421-5]

www.mpq.mpg.de

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