Laserblitze von zwölf Attosekunden "Dauer" erzeugt

10. Mai 2010, 15:24
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Deutsch-österreichisches Forscherteam stellt neuen Rekord auf

Berlin/Wien - Ein deutsch-österreichisches Forscherteam steckte die bislang kürzeste von Menschenhand kontrollierbare Zeitspanne durch Erzeugung rekordkurzer Laser-Blitze von zwölf Attosekunden Dauer ab (eine Attosekunde ist 10-18 Sekunden beziehungsweise ein Milliardstel einer Milliardstelsekunde).  Die Arbeiten gelangen in Zusammenarbeit des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) und der Wiener Firma "Femtolasers", wie in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature Photonics" berichtet wird. Damit konnte erstmals die "Schallmauer" der atomaren Zeiteinheit (24 Attosekunden) unterschritten werden, die die Größenordnung der schnellsten denkbaren Prozesse in der Atomhülle markiert.

Die Rekordjagd nach immer kürzeren Licht-Blitzen ist kein Selbstzweck. Die Blitze funktionieren wie eine Art "Zeit-Mikroskop" und dienen unter anderem der Grundlagenforschung. Fotografen kennen das Problem: Will man ein sich schnell bewegendes Objekt scharf abbilden, benötigt man eine möglichst kurze Belichtungszeit. Um die Bewegung eines Atoms in einem Molekül zu fotografieren, muss man bereits mit wenigen Femtosekunden (10-15 Sekunden) fotografieren. Doch die Elektronen in angeregten Atomen bewegen sich noch tausend Mal schneller von einem Energiezustand in den nächsten, typischerweise in der Zeit von zehn bis 1.000 Attosekunden. Entsprechend kurz muss die Belichtungszeit sein, um solche Vorgänge zu beobachten.

Die Forscher um Günter Steinmeyer haben nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sie die Phasenlage der Lichtschwingung außerhalb des Lasers gezielt verändern können. Dabei wird im Gegensatz zu den bisher angewandten Methoden nicht mehr aktiv in den Laser eingegriffen, wodurch Schwankungen der Laserleistung und Impulsdauer vermieden werden und eine hohe Langzeitstabilität erreicht wird. Vielmehr erfolgt die Korrektur der Phasenlage außerhalb des Lasers in einem sogenannten akusto-optischen Frequenzschieber, der direkt ohne Regelung mit dem Mess-Signal gespeist wird. "Durch diese direkte Korrektur der Phasenlage werden viele Experimente in der Attosekundenphysik und der Frequenzmetrologie dramatisch vereinfacht", sagt Steinmeyer.  Das neue Verfahren eröffnet verbesserte Möglichkeiten für die Erforschung schnellster in der Natur vorkommender Prozesse. (APA/red)

  • Ultrakurzer Lichtimpuls mit stabilisierter optischer Phase. Ein ultrakurzer Lichtimpuls besteht aus wenigen Schwingungen des Lichtfeldes (rote oder blaue Linie). Schwarze Linien: Feldeinhüllende des Impulses. Die maximale Feldstärke des Impulses wird erreicht wenn das Maximum des Feldes mit dem Impulszentrum zusammenfällt (rote Linie). Mit dem neu entwickelten Verfahren wird diese Schwingungsform des Feldes stabilisiert. Die gelb bzw. grün umrandeten Vergrößerungen zeigen die geringsten zeitlichen Schwankungen der Wellenform, die bisher erreicht wurden (ca. 100 Attosekunden, Laser-Regelung) und die mit dem neuen Verfahren der direkten Feldsynthese erreicht wurden (12 Attosekunden).
    illustration: mbi

    Ultrakurzer Lichtimpuls mit stabilisierter optischer Phase. Ein ultrakurzer Lichtimpuls besteht aus wenigen Schwingungen des Lichtfeldes (rote oder blaue Linie). Schwarze Linien: Feldeinhüllende des Impulses. Die maximale Feldstärke des Impulses wird erreicht wenn das Maximum des Feldes mit dem Impulszentrum zusammenfällt (rote Linie). Mit dem neu entwickelten Verfahren wird diese Schwingungsform des Feldes stabilisiert. Die gelb bzw. grün umrandeten Vergrößerungen zeigen die geringsten zeitlichen Schwankungen der Wellenform, die bisher erreicht wurden (ca. 100 Attosekunden, Laser-Regelung) und die mit dem neuen Verfahren der direkten Feldsynthese erreicht wurden (12 Attosekunden).

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