Ett internationellt team av forskare har visat ett nytt koncept för generering av intensiv extrem-ultraviolett (XUV) strålning av högharmonisk generation (HHG). Dess fördel ligger i det faktum att dess fotavtryck är mycket mindre än nuvarande intensiva XUV -lasrar. Det nya systemet är enkelt och kan implementeras i många laboratorier världen över, vilket kan öka forskningsområdet för ultrasnabb XUV -vetenskap. De detaljerade experimentella och teoretiska resultaten har publicerats i Optica .

Uppfinningen av lasern har öppnat epoken med olinjär optik, som idag spelar en viktig roll i många vetenskapliga, industriella och medicinska tillämpningar. Dessa applikationer drar alla nytta av tillgängligheten av kompakta lasrar inom det synliga området för det elektromagnetiska spektrumet. Situationen är annorlunda vid XUV -våglängder, där mycket stora anläggningar (så kallade frielektronlasrar) har byggts för att generera intensiva XUV-pulser. Ett exempel på dessa är FLASH i Hamburg som sträcker sig över flera hundra meter. Mindre intensiva XUV -källor baserade på HHG har också utvecklats. Dock, dessa källor har fortfarande ett fotavtryck på tiotals meter, och har hittills bara demonstrerats vid ett fåtal universitet och forskningsinstitut över hela världen.

Ett team av forskare från Max Born Institute (Berlin, Tyskland), ELI-ALPS (Szeged, Ungern) och INCDTIM (Cluj-Napoca, Rumänien) har nyligen utvecklat ett nytt system för generering av intensiva XUV -pulser. Deras koncept är baserat på HHG, som förlitar sig på att fokusera en nära-infraröd (NIR) laserpuls i ett gasmål. Som ett resultat, mycket korta ljusstrålar med frekvenser som är harmoniska för NIR -drivlasern avges, som därigenom vanligtvis finns i XUV -regionen. För att kunna få intensiva XUV -pulser, Det är viktigt att generera så mycket XUV -ljus som möjligt. Detta uppnås vanligtvis genom att generera ett mycket stort fokus för NIR -drivlasern, som kräver ett stort laboratorium.

Forskare från Max Born Institute har visat att det är möjligt att krympa en intensiv XUV -laser genom att använda en installation som sträcker sig över en längd på bara två meter. För att kunna göra det, de använde följande trick:I stället för att generera XUV -ljus i fokus för NIR -körlasern, de placerade en mycket tät atomstråle relativt långt bort från NIR -laserfokus, som visas i fig. 1. Detta har två viktiga fördelar:(1) Eftersom NIR -strålen vid strålens position är stor, många XUV -fotoner genereras. (2) Den genererade XUV -strålen är stor och har en stor avvikelse, och kan därför fokuseras till en liten fläckstorlek. Det stora antalet XUV -fotoner i kombination med den lilla XUV -spotstorleken gör det möjligt att generera intensiva XUV -laserpulser. Dessa resultat bekräftades av datasimuleringar som utfördes av ett team av forskare från ELI-ALPS och INCDTIM.

För att visa att de genererade XUV -pulserna är mycket intensiva, forskarna studerade multi-fotonjonisering av argonatomer. De kunde multiplicera joniseringen av dessa atomer, vilket leder till jonladdningstillstånd för Ar ₂ ⁺ och Ar ₃ ⁺ . Detta kräver absorption av minst två och fyra XUV -fotoner, respektive. Trots det lilla fotavtrycket för denna intensiva XUV -källa, den erhållna XUV -intensiteten på 2 x 10 ¹⁴ W/cm ² överstiger den för många redan existerande intensiva XUV -källor.

Det nya konceptet kan implementeras i många laboratorier världen över, och olika forskningsområden kan gynnas. Detta inkluderar attosekundpump attosekund-sondspektroskopi, vilket hittills har varit extremt svårt att göra. Den nya kompakta intensiva XUV -lasern kan övervinna de stabilitetsbegränsningar som finns inom denna teknik, och kan användas för att observera elektrondynamik på extremt korta tidsskalor. Ett annat område som förväntas gynna är avbildning av nanoskalaobjekt som biomolekyler. Detta kan förbättra möjligheterna att göra filmer i nano-kosmos på femtosekunder eller till och med attosekunders tidsskalor.