Fysiker vid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) och Friedrich Schiller University Jena (FSU) har gjort ett kvantsprång inom ljusforskning. De har lyckats fånga beteendet hos extremt korta laserpulser under fokusering med hjälp av mycket hög rumslig och tidsmässig upplösning. Resultaten är av grundläggande relevans för att förstå samspelet mellan ljus och materia och kommer att göra det möjligt att kontrollera elektronrörelser och kemiska reaktioner i en utsträckning som tidigare inte var genomförbar. Dessa insikter om grundläggande fysik kommer särskilt att gynna ytterligare forskning om nya strålningskällor och inom ljusvågselektronik. Forskarna publicerade nyligen sina fynd i den ledande specialistjournalen Naturfysik .
Ultrakortljuspulser med ett så brett optiskt spektrumintervall att strålarna verkar vita är vanligt förekommande idag. Bland annat används de för att undersöka ögats näthinna medan de i fysiken används för att styra processer på atomnivå och analysera dem i slowmotion. I nästan alla dessa applikationer, de vita laserpulserna måste fokuseras. Eftersom det är den specifika formen av ljusvågen som avgör hur elektroner, till exempel, kommer att röra sig inom den, Det är viktigt att veta hur den fokuserade laserstrålen faktiskt ser ut i detalj.
För att bättre förstå varför, tänk på ett fartyg i stormiga hav. Rorsmannen måste inte bara veta hur höga och hur långa vågorna är utan måste också hålla ett öga på inkommande vågor för att veta när de kommer att träffa fartyget för att hitta en säker väg upp till vågens topp på ena sidan och ner på den andra. På samma sätt, det är viktigt för forskare att veta hur och var maximalt för en ljusvåg kommer att träffa elektroner i ett experiment eller en applikation för att få ett målinriktat inflytande på dem. Ändringarna och utbredningen av ljusvågor i ett elektriskt fält sker på en tidsskala på några hundra attosekunder - med andra ord, inom en miljarddel av en miljarddel av en sekund. Tills nyligen, det var inte möjligt att mäta den exakta fördelningen av vågtråg och toppar i fokus för en laserstråle på denna tidsskala.
Forskarna i Erlangen och Jena har nu uppnått detta genom att fokusera laserpulser på en nanometer-skarp metallspets, får spetsen att avge elektroner. Dessa elektroner fungerar som ett slags sensor som gör det möjligt för forskarna att tolka den exakta formen av ljusvågen.
Tittar på ljusresor
För nästan 130 år sedan, den franske fysikern Louis Georges Gouy (1854-1926) observerade och beskrev ett fasskifte som inträffade under fokuseringen av monokromatiskt ljus när störningar infördes. Denna effekt fick namnet 'Gouyfasen' efter dess upptäckare och under lång tid antogs det att effekten skulle vara densamma när det gäller vita laserspektra, som består av många färger av ljus. Resultaten från det gemensamma projektet har ökat vår förståelse av effekten, så att även när det gäller korta ljuspulser - och för att stanna kvar vid metaforen för tillfället - kommer ingen kapten att bli överraskad av oväntade vågor i framtiden.
