idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Grafik: idw-Logo

idw - Informationsdienst
Wissenschaft

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instance:
Share on: 
06/23/2020 16:37

Neuer Kompressor liefert Terawatt-Lichtpulse mit 1,5 optischen Zyklen bei einer Wiederholrate von einem Kilohertz

Anja Wirsing Pressestelle des Forschungsverbundes Berlin e.V.
Forschungsverbund Berlin e.V.

    Forscher am Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) haben einen neuen Meilenstein in der Erzeugung von Lichtpulsen mit wenigen optischen Zyklen erreicht. Sie haben einen zehn Jahre alten Rekord gebrochen und in einem neuen Hochenergie-Hohlfaser-Kompressor Lichtpulse mit einer Pulslänge von nur 1,5 optischen Zyklen und einer Spitzenleistung von 1,2 Terawatt erzeugt. Die hochenergetischen Laserpulse werden zur Erzeugung intensiver Attosekunden-Pulse im XUV-Spektralbereich verwendet, welche wiederum Anwendung in nichtlinearen XUV-Spektroskopiestudien finden.

    Um komplexe Ladungstransfermechanismen bei der Bildung einer chemischen Bindung oder bei dem Ablauf biologisch relevanter Prozesse zu erforschen, benötigt man Werkzeuge mit einer außergewöhnlichen zeitlichen Auflösung im Attosekundenbereich (10 hoch -18 s). Die hierfür benötigten isolierten Attosekunden-Lichtpulse können durch Frequenzkonversion in den extremen ultravioletten (XUV) Spektralbereich erzeugt werden. Hierzu werden ultrakurze intensive Laserpulse, die nur wenige Schwingungen des elektrischen Feldes umfassen, auf Edelgasatome fokussiert. Hierbei wird ein Frequenzkonversionsprozess getrieben, der als Erzeugung hoher harmonischer Strahlung bezeichnet wird. Die Konversionseffizienz dieses Prozesses ist jedoch sehr gering und liefert folglich sehr schwache Attosekundenpulse, die für angedachte nichtlineare spektroskopische Anwendungen nicht ausreichen. Um intensivere isolierte Attosekundenpulse zu erzeugen, werden folglich hochenergetische ultrakurze Laserpulse benötigt, deren Wellenlänge im nahen Infrarotbereich liegt.

    Nun haben Forscher am MBI bei der Energieskalierung der nahinfraroten Lichtpulse einen großen Schritt nach vorne gemacht. Der Gruppe gelang es, Pulse eines Titan-Saphir-Lasers, der bei einer Wellenlänge von 790 nm emittiert, spektral zu verbreitern und anschließend auf eine Pulsdauer von 3,8 fs (1,5 optische Zyklen) bei einer Energie von 6,1 mJ zu komprimieren, was bei einer Kilohertz-Wiederholrate beispiellos ist. Somit übertrifft die Spitzenleistung der Pulse deutlich die Terawattmarke (> 10 hoch 12 W). Dieses Ergebnis bricht einen 10 Jahre alten Rekord, der im Forschungsinstitut RIKEN in Japan erzielt wurde [1].

    Um diese Ergebnisse zu erreichen, wurde eine neue 8,2 Meter lange Kompressor-Beamline um eine 3,75 Meter lange, gestreckte flexible Hohlkernfaser (SF-HCF) herum aufgebaut: In dieser Faser findet eine spektrale Verbreiterung als Ergebnis der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen den intensiven nahinfraroten Lichtpulsen und den in der Kapillare eingelassenen Heliumatomen statt. Die spektral verbreiterten Lichtpulse wurden anschließend durch negativ gechirpte Spiegel zeitlich komprimiert und durch eine Dispersions-Scan-Messung charakterisiert. Die Messvorrichtung wurde hierbei direkt in den Vakuum-Strahlengang verbaut, welcher auch für die anschließende Erzeugung hoher Harmonischer Strahlung sowie XUV-Experimente konstruiert ist. Der neue HCF-Kompressor ist eine hochskalierte Version eines Gerätes, das kürzlich im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit unter Beteiligung des MBI entwickelt wurde [2].

    Diese neue Entwicklung ebnet den Weg zur nichtlinearen Attosekunden-XUV-Spektroskopie.

    Referenzen:
    [1] S. Bohman, A. Suda, T. Kanai, S. Yamaguchi, and K. Midorikawa, Generation of 5.0 fs, 5.0 mJ pulses at 1kHz using hollow-fiber pulse compression, Opt. Lett. 35, 1887-1889 (2010)
    [2] M. Ouillé, A. Vernier, F. Böhle, M. Bocoum, A. Jullien, M. Lozano, J.-P. Rousseau, Z. Cheng, D. Gustas, A. Blumenstein, P. Simon, S. Haessler, J. Faure, T. Nagy, R. Lopez-Martens, Relativistic-intensity near-single-cycle light waveforms at kHz repetition rate, Light: Science & Applications 9, 47/1-9 (2020)


    Contact for scientific information:

    Max-Born-Institut für Nichlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI)
    Dr. Tamás Nagy
    Tel. +49 30 6392-1270
    E-Mail Tamas.Nagy@mbi-berlin.de


    Original publication:

    Generation of above-terawatt 1.5-cycle visible pulses at 1 kHz by post-compression in a hollow fiber
    T. Nagy, M. Kretschmar, M. J. J. Vrakking, A. Rouzée
    Optics Letters 45 (2020) 3313-3317, https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-12-3313


    Images

    Impression der Kompressor-Strahllinie. Der Einschub zeigt die gemessene Form und das Strahlprofil der 1,5-Zyklen-Lichtpulse.
    Impression der Kompressor-Strahllinie. Der Einschub zeigt die gemessene Form und das Strahlprofil de ...
    MBI Berlin
    MBI Berlin


    Criteria of this press release:
    Journalists, Scientists and scholars
    Materials sciences, Physics / astronomy
    transregional, national
    Research results, Scientific Publications
    German


     

    Help

    Search / advanced search of the idw archives
    Combination of search terms

    You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.

    Brackets

    You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).

    Phrases

    Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.

    Selection criteria

    You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).

    If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).