Industrie & Technik

Attosekunden-Lichtblitze aus dem Plasmaspiegel

11.12.2018 - Laser ionisiert Glas und beschleunigt dichte Schicht von Elek­tronen.

Beschleunigt man eine dichte Schicht von Elektronen auf nahezu Licht­geschwin­dig­keit, so werden sie zu einer spiegelnden Ober­fläche. Mit Hilfe eines solchen Plasma­spiegels kann man Licht­strah­lung umwandeln. Das Phänomen hat sich ein inter­natio­nales Forscher­team des MPI für Quanten­optik, der Uni München und der Umeå Univer­sität in Schweden zu Nutze gemacht. Die Wissen­schaftler haben den Plasma­spiegel aus schnellen Elek­tronen zur Erzeu­gung von iso­lierten, sehr inten­siven Atto­sekunden-Licht­blitzen ver­wendet und ihren Erzeu­gungs­pro­zess charak­teri­siert.

Die Laserphysiker lassen dazu extrem starke Femtosekunden-Laser­pulse mit Glas wechsel­wirken. Das Laser­licht ioni­siert das Glas und beschleu­nigt die frei­ge­setzten Elek­tronen fast bis auf Licht­ge­schwin­dig­keit. Dabei ent­steht ein sehr dichtes Plasma aus schnellen Elek­tronen, das wie ein Spiegel wirkt und sich in Rich­tung der Laser­pulse bewegt. Nähern sich die Elek­tronen der Licht­ge­schwin­dig­keit, so beginnen sie im Laser­feld zu oszil­lieren. Dadurch erzeugt der Spiegel, den sie dabei formen, Atto­sekunden-Licht­blitze. Die Blitze haben eine geschätzte Dauer von rund zwei­hundert Atto­sekunden und ver­fügen über Wellen­längen im ultra­vio­letten Spektrum des Lichts.

Im Gegensatz zu herkömmlich erzeugten Attosekunden-Licht­blitzen konnten die Forscher diese Licht­blitze mit Hilfe der Form der Licht­wellen des Lasers sehr präzise kon­trol­lieren. Ebenso beob­ach­teten sie den zeit­lichen Ablauf des Erzeu­gungs­pro­zesses, also die Bewe­gung des Plasma­spiegels. Die über den Plasma­spiegel produ­zierten Licht­blitze ver­fügen über eine weit höhere Inten­sität als her­kömm­liche Atto­sekunden-Licht­blitze.

Die höhere Intensität ermöglicht es den Forschern, Beobach­tungen im Mikro­kosmos noch genauer durch­zu­führen. Atto­sekunden-Licht­blitze dienen vor allem dazu, die Bewe­gungen von Elek­tronen zu erforschen und dadurch präzise Ein­blicke in elemen­tare Vor­gänge der Natur zu erhalten. Je inten­siver die Atto­sekunden-Licht­blitze sind, desto leichter wird es, Teil­chen­bewe­gungen tief in der Materie zu erkunden. Mit seinen neuen Erkennt­nissen hat das Team eine Techno­logie ent­wickelt, die den Ultra­kurz­zeit-Physikern noch bessere Ein­blicke in die Geheim­nisse der Natur ver­schaffen könnte.

MPQ / RK

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