Juli 27, 2021

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HHG schrumpft intensive XUV-Lichtquelle

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Ein nahinfraroter (NIR) (roter) Puls wird fokussiert und hohe Harmonische werden in einem Gasstrahl erzeugt, der vor oder hinter dem NIR-Fokus platziert wird. Auf diese Weise hat das erzeugte extrem ultraviolette (XUV) Licht eine Größe und Divergenz ähnlich der des NIR-Strahls. Aufgrund der kürzeren Wellenlänge ist der Fokus des XUV-Strahls dann viel kleiner als der Fokus des NIR-Strahls. Dies ermöglicht die Erzeugung intensiver XUV-Pulse, die für die XUV-Multiphotonen-Ionisation von Atomen verwendet werden (oberer Teil des Diagramms). [Image: Balázs Major]

Um hochenergetische, hochintensive Pulse im extremen ultravioletten (XUV) Wellenlängenbereich zu erhalten, mussten Wissenschaftler auf große Freie-Elektronen-Laser oder lange Lichtlinien zurückgreifen. Forscher aus Deutschland und Ungarn haben heute eine kompakte Quelle intensiver XUV-Pulse gebaut, die auf der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) basiert.

Die kompakte Quelle, die auf einem 2 m langen Tisch steht, konzentriert ihre Ausgangsstrahlung auf eine Intensität von 2 × 1014 W / cm2. Die Forscher fokussierten den Nahinfrarot (NIR)-Kontrolllaser eng, um Oberwellen bei mehreren Rayleigh-Längen aus dem NIR-Fokus zu erzeugen, was den XUV-Pulsen eine Strahlgröße mit einem Radius von nur 600 nm verleiht (Optica, doi:10.1364 / OPTISCH. 421564).

Änderung des HHG-Ansatzes

„Im Gegensatz zu anderer Forschung, die wir betreiben, liegt die Eleganz der aktuellen Arbeit meiner Meinung nach in ihrer Einfachheit“, sagt Bernd Schütte, Physiker am Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzpulsspektroskopie in Berlin. „Tatsächlich hätten die von uns durchgeführten Experimente technologisch schon vor zwei Jahrzehnten durchgeführt werden können. “

In der Vergangenheit haben Wissenschaftler HHG in einem gasförmigen Medium erhalten, indem sie den Zielstrahl oder die Zielzelle im Fokus eines gepulsten Femtosekunden-Laserstrahls platzierten. Dies erzeugt genügend Intensität (ca. 1014 W / cm2) zur Erzeugung von XUV-Strahlung. Laut Balázs Major von ELI-HU Non-Profit Ltd. und der Universität Szeged, beide in Ungarn, erfordert moderne Lasertechnologie eine Optik mit langer Brennweite, um dieses Kunststück zu erreichen, was zu langen HHG-Beamlines führt. (Große Synchrotron- und Freie-Elektronen-Laser verwenden verschiedene physikalische Prozesse, nicht HHG, um XUV-Strahlen zu erzeugen, fügt Major hinzu.)

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Stattdessen setzten Major, Schütte und ihre Kollegen Kurzdistanzoptiken ein und platzierten das HHG-Medium, einen dichten Atomjet, mehrere Rayleigh-Längen vom Fokus des Trainingslasers entfernt an einer Stelle, an der die Intensität auf dem richtigen Niveau für die Generation XUV lag . Major sagt, dass dieser Ansatz zu einer kürzeren experimentellen Strahllinie führte. Darüber hinaus führt er “die Fuzzy-Geometrie zu einer kleineren virtuellen XUV-Größe, die einen intensiveren XUV-Spot im experimentellen Zielbereich ermöglicht.”

Zukunftsaussichten

Schütte sagt, dass Wissenschaftler in fast jedem Laserlabor den neuen Ansatz anwenden könnten, weil er keine Hochleistungslaser und keine großen Einrichtungen benötigt.

„Obwohl die Quelle nicht die fortschrittlichste Technologie erfordert, glauben wir, dass sie in Zukunft dazu beitragen könnte, Spitzenforschung zu machen“, sagte Schütte. „Beispiele sind Attosekunden-Pump-/Attosekunden-Sondenspektroskopie und kohärente diffraktive Bildgebung von Nanotargets wie Biomolekülen. “

Schütte und seine Kollegen wollen ihren Ansatz in zeitaufgelösten Experimenten anwenden. „Während die meisten der derzeit durchgeführten Attosekunden-Experimente die Kombination eines Attosekundenpulses und eines Femtosekunden-NIR-Pulses verwenden, kann die zeitliche Auflösung verbessert werden, indem ein Attosekundenpuls sowohl für den Pumpschritt als auch für den Sondenschritt verwendet wird“, sagt er. „Außerdem können die störenden Auswirkungen eines starken NIR-Feldes vermieden werden. Mit dieser Technik wollen wir die Dynamik der Mehrelektronenkorrelation über extrem kurze Zeitskalen untersuchen.

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