När forskare undersöker naturen allt mer exakt med laserpulser, siktar nu mot zeptosekundregimen - en biljonedel av en miljarddel av en sekund och den snabbaste tidsskalan som mäts - optimering av varje parameter för dessa pulser kan erbjuda mer finjusterade mätningar av ännu okända dynamiska egenskaper. Laservåglängden, varaktighet och energi för varje puls, och hastigheten med vilken pulser produceras är alla nyckelfaktorer för att observera dynamik, såsom realtidens elektronrörelser för enstaka molekyler tillsammans med rörelsen av konsekventa atomer.
Lång våglängd (infraröd), högenergipulser som produceras hundratusentals gånger per sekund är fortfarande mycket svåra att producera. Detta är nödvändiga villkor, dock, för att skapa röntgenstrålning med tillräckligt med energi för att övervinna vatteninteraktioner som för närvarande begränsar användningen av röntgenmikroskopi av levande prover.
Ett europeiskt forskningssamarbete mellan Institute of Photonic Sciences (ICFO), Spanien, och Max Planck Institute for the Science of Light (MPL), Tyskland, rapporterar nu utvecklingen av en sådan källa, producerar 9,6 watt mitten av infraröda (mitten av IR) pulser, vid en upprepningshastighet på 160 kilohertz, genom att använda en innovativ fibergeometri och parametrisk förstärkare tillsammans.
Varje puls består av en enda cykel av den optiska vågen genererad från en gasfylld, fotokristallfiber med ihålig kärna som inte kräver extern kompression, en extern signalbehandling som andra system vanligtvis kräver för att producera sådana rena pulser. Resultaten av denna forskning kommer att presenteras under OSA Laserkongress, 1-5 oktober 2017 i Nagoya, Japan.
"Betydelsen av vårt arbete är att uppnå pulsgenerering vid den ultimata fysiska gränsen för en oscillation av det elektriska fältet i mitten av IR, och med en aldrig tidigare skådad kraft, "sa Ugaitz Elu, doktorand vid ICFO och medlem i forskargruppen. "Det elektriska fältet är reproducerbart, bärar-till-kuvert-fas stabil, och tillämpningen på stark fältfysik och hög harmonisk generation bör leda till de första isolerade vågformerna i det hårda röntgen- och zeptosekundområdet. "
En viktig del av att producera sådana korta pulser innebär att de breddas och exakt komprimeras. För att korrekt överlappa frekvensspektrumet, laget arbetade med att producera den sista optiska pulsvågan.
Kvittrade speglar, som består av flera staplade beläggningar för att reflektera varje del av spektra separat, används ofta i fiberlasersystem för att uppnå denna komprimering externt efter breddning i fiberns gasfyllda kärna. I mitten av IR-regionen, dock, fibern skulle absorbera pulsenergin innan den uppnådde någon form av spektralbreddning och förstör den. Geometrin implementerad av Elu och hans medarbetare hoppar helt över denna användning av kvittrade speglar, och uppnår både breddning och kompression i fibern.
"Här, vi använde en speciellt utformad fotonisk bandgapfiber vars geometri undviker sådan absorption, "sa Elu." Vi kan uppnå breddning och komprimering i samma fiber utan några kvittrande speglar. "
Energi- och tidsregimer som denna optiska bordsskivkonfiguration visar möjliggör ett brett spektrum av applikationer, framför allt de som härrör från de sammanhängande hårda röntgenstrålarna som de gör uppnåeliga.
Att ha ett verktyg för att fånga dynamik med sådan precision skulle öppna ett fönster för att titta på, i realtid, de subatomära processerna för elektroner som absorberar och avger energi under kemiska reaktioner. "Vårt system är otroligt mångsidigt, "Sa Elu." Till exempel, vi använder den för elektrondiffraktion med vilken vi kan lösa alla atomer i en molekyl medan en av dess bindningar bryts. "
