Nieuw onderzoek laat zien hoe de superkorte uitbarstingen van hoogfrequent licht kunnen worden gemeten dat wordt uitgezonden door vrije elektronenlasers (FEL's). Door de door licht geïnduceerde ionisatie zelf te gebruiken om een ​​femtoseconde optische sluiter te creëren, de techniek codeert het elektrische veld van de FEL-puls in een zichtbare lichtpuls zodat het kan worden gemeten met een standaard, traag, zichtbaar licht camera.

"Dit werk heeft het potentieel om te leiden tot een nieuwe online diagnose voor FEL's, waarbij de exacte pulsvorm van elke lichtpuls kan worden bepaald. Die informatie kan zowel de eindgebruiker als de acceleratorwetenschappers helpen, " zei Pamela Bowlan, Los Alamos National Laboratory's hoofdonderzoeker van het project. Het artikel is op 12 april gepubliceerd, 2021 in optiek . "Dit werk maakt ook de weg vrij voor het meten van röntgenpulsen of femtoseconde in de tijd opgeloste röntgenfoto's."

Vrije elektronenlasers, die worden aangedreven door kilometerslange lineaire versnellers, zenden uitbarstingen van licht met een korte golflengte uit die een quadriljoenste van een seconde duren. Als resultaat, ze kunnen fungeren als stroboscooplampen om de snelste gebeurtenissen in de natuur te bekijken - atomaire of moleculaire beweging - en beloven daarom een ​​revolutie teweeg te brengen in ons begrip van bijna elke soort materie.

Het meten van zo'n snel verdwijnende uitbarsting van ioniserende straling was eerder een uitdaging. Maar hoewel elektronica te traag is om deze lichtpulsen te meten, optische effecten kunnen in wezen onmiddellijk zijn. Door alle energie van een continue laser in korte pulsen te persen, zijn femtoseconde laserpulsen extreem helder en kunnen ze de absorptie of breking van een materiaal wijzigen, het creëren van effectief onmiddellijke "optische luiken".

Dit idee is op grote schaal gebruikt voor het meten van zichtbaar licht femtoseconde laserpulsen. Maar het hoogfrequente extreem ultraviolette licht van FEL's interageert anders met materie; dit licht ioniseert, wat betekent dat het elektronen uit hun atomen trekt. De onderzoekers toonden aan dat ionisatie zelf kan worden gebruikt als een "femtoseconde optische sluiter" voor het meten van extreem ultraviolette laserpulsen op 31 nanometer.

"Ionisatie verandert typisch de optische eigenschappen van een materiaal gedurende nanoseconden, dat is 10, 000 keer langzamer dan de FEL-pulsduur, ' zei Bowlan. 'Maar de duur van de stijgende lijn van ionisatie, bepaald door hoe lang het duurt voordat het elektron het atoom verlaat, gaat aanzienlijk sneller. Deze resulterende verandering in de optische eigenschappen kan fungeren als de snelle sluiter die nodig is om de FEL-pulsen te meten."