Hochfrequente Attosekunden-Blitze für völlig neue Anwendungen

3. Juli 2013, 11:26
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Lichtblitze, die nur den Milliardsten Teil eines Milliardstels einer Sekunde andauern, sind wichtige Werkzeuge für die Grundlagenforschung

Immer leistungsfähigere Mikroskope und spektroskopische Verfahren erlauben heute den Einblick in immer kleinere Dimensionen der Materie. Will man etwa Vorgänge in Molekülen und Atomen beobachten, braucht es nicht nur Technik mit extrem hoher Auflösung. Da diese Prozesse sehr schnell ablaufen, sind zudem extrem kurze Belichtungszeiten im Attosekundenbereich notwendig. Ein internationales Forscherteam hat dafür nun die Grundlagen geliefert.

Der Gruppe rund um Jens Limpert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gemeinsam mit Partnern des Jenaer Helmholtz-Instituts, des Max-Born Instituts Berlin und des Imperial College London erstmals gelungen, isolierte Attosekundenpulse mit noch nie dagewesenen Pulsfolgefrequenzen zu erzeugen. Wie die Physiker im Fachmagazin "Nature Photonics" schreiben, erreicht es dank eines neuartigen Ansatzes eine Pulsfrequenz im Megahertz-Bereich – mit fast einer Million Pulse pro Sekunde.

Unvorstellbar kurze Zeitspanne

Dabei entspricht die unvorstellbar kurze Zeitspanne einer Attosekunde dem Milliardsten Teil eines Milliardstels einer Sekunde (10-18 Sekunden bzw. ein Trillionstel einer Sekunde). Das heißt, eine Attosekunde dauert im Vergleich zu einer Sekunde nur so lang wie eine Sekunde im Vergleich zum Alter des Universums. Während einer Attosekunde legt ein Lichtstrahl gerade einmal 0,3 Nanometer zurück. Ihre Attosekundenblitze erzeugen die Physiker, indem sie ultrakurze Laserpulse auf das Edelgas Argon fokussieren. Dabei wird die Strahlung des Lasers in den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich verschoben.

Mit bisherigen Lasersystemen konnten jedoch nur wenige tausend Pulse pro Sekunde erzeugt werden. Das mag für den Laien extrem viel klingen – die Physiker konnten damit noch wenig anfangen. "Für die Aufnahme von multidimensionalen Daten wie z. B. hochauflösende Bilder oder sogar Videos von grundlegenden Vorgängen in der Natur werden weitaus höhere Pulswiederholfrequenzen benötigt", sagt Manuel Krebs, der Erstautor der vorliegenden Studie.

Völlig neuartige Anwendungen möglich

Er und seine Kollegen haben einen neuartigen parametrischen Verstärker entwickelt, der mit einem Hochleistungsfaserlaser gepumpt wird. Damit erreichen die Jenaer Physiker erstmals überhaupt Pulsfrequenzen im Megahertz-Bereich. "Das ist eine Steigerung dieses wichtigen Parameters um den Faktor 200", meint Limpert. "Damit sind jetzt völlig neuartige Anwendungen im noch jungen Gebiet der Attosekundenphysik möglich." Denkbar seien neue Methoden, wie die zeitaufgelöste Fotoelektronen-Spektroskopie oder sogar extreme Zeitraffer-Aufnahmen von mikroskopischen Vorgängen in der Nanotechnologie. (red, derStandard.at, 02.07.2013)

  • So erzeugt man einzelne Lichtpulse, die nur Trillionstel einer Sekunde dauern: Ein Laserpuls (hier rot) wechselwirkt mit Argon-Atomen in einem dünnen Gasstrahl und erzeugt dabei einen kurzwelligeren Puls (blau), dessen Dauer im Attosekundenbereich liegt.
    illustration: iap/fsu

    So erzeugt man einzelne Lichtpulse, die nur Trillionstel einer Sekunde dauern: Ein Laserpuls (hier rot) wechselwirkt mit Argon-Atomen in einem dünnen Gasstrahl und erzeugt dabei einen kurzwelligeren Puls (blau), dessen Dauer im Attosekundenbereich liegt.

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