XUV-Laser im Westentaschen-Format

  • 02. November 2016

Leistungsstarke XUV-Laser dank Frequenzkonversion auch in Laborgröße möglich.

Was passiert im Inneren von Atomen und Molekülen, wenn sie eine chemische Bindung eingehen? Wie sieht es aus, wenn Licht mit optischen Nano­materialien interagiert? Wollen Forscher chemische Reaktionen in Echtzeit verfolgen oder die Bewegung von Ladungs­trägern beobachten, nutzen sie heute intensive Extrem-Ultra­violette (XUV) Strahlung. Doch die stammt nicht aus einer gewöhnlichen Gas­entladungs­lampe. „Für solche Anwendungen braucht es kohärentes, extrem kurz gepulstes XUV-Licht“, betont Jens Limpert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Erzeugt werden solche XUV-Pulse zumeist in riesigen Teilchen­beschleunigern, etwa dem XFEL in Hamburg, dessen 3,4 Kilometer lange unterirdische Anlage gerade erst in Betrieb genommen wurde, oder in Synchrotrons mit mehreren hundert Metern Durchmesser.

Abb.: Mit einem neuen Versuchsaufbau lassen sich ultrakurze Röntgenpulse erzeugen lassen. (Bild: J.-P. Kasper, FSU)

Abb.: Mit dem neuen Versuchsaufbau lassen sich ultrakurze Röntgenpulse erzeugen. (Bild: J.-P. Kasper, FSU)

Doch der Zugang für Forscher zu diesen leistungsstarken Groß­anlagen ist begrenzt und nicht alle wissenschaftlichen Frage­stellungen lassen sich damit hinreichend untersuchen, was die Entwicklung von vergleichs­weise „handlichen“ Laser­systemen motiviert. Nun stellen Jenaer Physiker einen Versuchs­aufbau vor, mit dem sich ultrakurze, intensive XUV-Pulse in praktisch jedem Optik-Labor produzieren lassen.

Diese Publikation zeigt, wie sich XUV-Pulse mit deutlich höherer Effizienz erzeugen lassen, als das bislang mit Systemen dieser Größen­ordnung möglich war. Dazu fokussieren die Forscher Laser­pulse in einen doppel­brechenden Kristall, wobei sich die Frequenz des ursprünglich infra­roten Lichts verdoppelt. Das Ergebnis sind Laserpulse im grünen Wellen­längen­bereich. Diese werden in einem zweiten Schritt – der kaskadierten Frequenz­konversion – erneut fokussiert, woraus noch höher­frequente Pulse im XUV resultieren.

Auf diese Weise entstehen spektral schmalbandige und kohärente XUV-Pulse mit einer Leistung im Milliwatt-Bereich. Ihre Wellenlänge beträgt nur noch 57 Nanometer. „Übliche Systeme kommen lediglich auf ein Hundertstel dieser Leistung, während unsere Faserlaser-basierten Systeme typischer­weise zirka 100 Mikrowatt Durchschnitts­leistung liefern – diese neuartige Methode ist nun nochmals eine Größen­ordnung besser“, betont Doktorand Robert Klas, der die neuartige Quelle gemeinsam mit seinen Kollegen im Labor realisiert hat. Dank dieser Technik seien die XUV-Quellen nun auch für praktische Anwendungen einsetzbar, welche die Helmholtz-Nachwuchs­gruppe von Jan Rothhardt verfolgt – etwa für neue bildgebende Verfahren, um drei­dimensionale Strukturen mit einer Auflösung von wenigen Dutzend Nanometern sichtbar zu machen und so völlig neue Einblicke in die Nanowelt zu ermöglichen.

FSU / DE

Share |

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer