Passgenaue Harmonie

News: Passgenaue Harmonie

Einen Laser gibt es in fast jedem Haushalt, denn Musik hören ist in allen Lebenslagen richtig. Röntgenstrahlung hingegen sollte man besser nicht daheim haben. Sie meinen, die beiden Sachen haben nicht viel gemeinsam? Stimmt nicht ganz, denn mit Hilfe eines Spiegels können die Photonen des Lasers beim Zusammentreffen mit einem Gas in kurzwellige und energiereiche Röntgenstrahlen umgewandelt werden. Allerdings nur in speziellen Laborexperimenten - der heimische CD-Spieler ist nach wie vor ein harmloses Unterhaltungsgerät.

Reichlich wenig effektiv verläuft normalerweise die Umwandlung von Laserstrahlen in Röntgenstrahlung durch die Generierung von Harmonischen, also den Oberschwingungen des einfallenden Lichts mit einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Um Röntgenstrahlung zu erzeugen, richten die Physiker einen kurzen Puls intensiver Strahlung auf die Atome eines Gases. Die dabei auftretenden Interaktionen zwischen Laser und getroffenem Atom sind allerdings oft nicht linear – mehrere der zugeführten Photonen vereinen sich gewissermaßen zu einem neuen Photon mit höherer Energie und kürzerer Wellenlänge. Die meisten Versuche dieser Art produzieren jedoch ein ganzes Spektrum der Harmonischen.

Jetzt hat ein Team von Physikern um Henry Kapteyn vom JILA Laboratory in Colorado den Prozess effektiver gestaltet. Mit einem kurzen Laserblitz von nur 18 Femtosekunden Dauer zielten sie auf Argonatome und maßen die entstandenen verschiedenen Harmonischen mit einer CCD-Kamera. Die Informationen über deren Intensität wird an einen Spiegel weitergegeben, der durch Maschinen im Mikrobereich verzerrt werden kann. Der Spiegel wiederum kann die Pulsform verändern, weil er an einem markanten Punkt sitzt: im Inneren des Lasersystems, wo der Strahl in die einzelnen Wellenlängen aufgetrennt wird. Durch Variieren der Weglängen der verschiedenen Wellenlängen – bevor sie sich wieder zu einem gemeinsamen Puls vereinigen – konnten Kapteyn und seine Kollegen seine Form verändern.

Doch welche Form des zugeführten Lasers ist die Beste, um die gewünschte Röntgenstrahlung zu erreichen? Um dies herauszufinden, setzten sie einen evolutionären Algorithmus ein, der etwa 50 Durchläufe benötigte, bis er die optimale Einstellung ermittelt hatte. Durch diesen raffinierten Trick ist es den Physikern möglich, die Intensität jeder dabei entstehenden Harmonischen zu steigern. Technische Anwendungen für solche Quellen an Röntgenstrahlung gibt es genug, vor allem bei der Bildgebung, Materialforschung und Kontrolle von chemischen Reaktionen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 6.6.2000
"Ein scharfer Strahl aus dem Plasma"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 31.5.2000
"Schwieriger als Erbsen zählen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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