Sich bewegende Elektronen mit hellem UV-Licht einfangen
Um einen Blick auf etwas so kleines und schnelles wie ein Elektron, das sich innerhalb von Atomen, Molekülen oder Feststoffe bewegt, muss man ein helles Licht mit ultrakurzen Pulsen im Attosekundenbereich erzeugen. Um diese Form von Licht zu erzeugen, verwendeten die Wissenschaftler in den letzten Jahren intensive Laserpulse, um eine Wolke von schwach ionisiertem Gas zu beleuchten. Bekannt als High-Harmonic Generation (HHG) oder Oberwellenerzeugung, verschiebt dieser Prozess Laserlichtwellenlängen auf kürzere Wellenlängen und erzeugt Impulse im Attosekundenbereich. In dem EU-geförderten Projekt ALPINE (Attosecond source from laser-plasma interaction) gelang es Wissenschaftlern zum ersten Mal, HHG in Plasmaspiegelzielen zu induzieren, indem sie sie mit einem Zweitakt-Laserpuls beleuchteten. Wenn intensive Laserpulse auf optisch polierte Oberflächen treffen, erzeugen sie ein dichtes Plasma, das als Spiegel wirkt. Diese Laser-Plasma-Wechselwirkung führt zur Erzeugung von Attosekunden-Bursts von extrem ultraviolettem Licht, die kürzer und heller sind. Die Arbeit der Wissenschaftler führte zum ersten experimentellen Nachweis von HHG im relativistischen Grenzbereich - bei Intensitäten oberhalb einer bestimmten Grenze beschleunigt Laserlicht Zielelektronen fast auf Lichtgeschwindigkeit. Um dieses Ziel zu erreichen machte ALPINE viele Verbesserungen an dem bestehenden Lasersystem, um einen ausgezeichneten zeitlichen Kontrast zu erhalten. Der Sockel wurde um viele Größenordnungen reduziert, indem ein kreuzpolarisierter Wellen-temporaler Filter und ein Plasmaspiegel kombiniert wurden. Die Steuerung der Dispersion des Lasersystems führte zur Eliminierung parasitärer Vorimpulse. Eine wichtige Beobachtung, die darauf hinweist, dass relativistische Oberwellen zur Erzeugung von Attosekunden-Laserpulsen führen, war, dass HHG von der Träger-Hülle-Phase des Laserpulses abhängt. ALPINE hat gezeigt, dass HHG eine Voraussetzung für die Attophysik ist; die Neuheit war, dass das Ziel mit Zweitakt-Laserpulsen statt mit herkömmlichen Mehrfachzyklus-Laserquellen bestrahlt wurde, um Attosekundenpulse zu erzeugen. Die Projektergebnisse sollten eine weitere Erforschung der ultraschnellen Elektronendynamik in Materie ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Attosekunden-Pulse, extrem ultraviolett, Oberwellenerzeugung, Laser-Plasma-Wechselwirkung, Zweitakt-Laser
