Ultrakurze Laserpulse im extremen Ultraviolett, die sich 75 Millionen Mal in der Sekunde wiederholen, hat ein internationales Forscherteam um Seung-Woo Kim vom Korea Advanced Institute for Science and Technology (KAIST) erzeugt. Die Wissenschaftler verwendeten dazu einen vom Edelgas Xenon durchströmten, nur wenige Mikrometer langen Trichter aus Silber, der einen eingestrahlten Infrarotlaser durch einen Oberflächeneffekt um den Faktor hundert verstärkt. Das so erzeugte Feld regt das Xenongas zur Aussendung von Laserstrahlung an, die um zwei Größenordnungen intensiver ist, als die mit bisherigen Verfahren erzeugte. Die ultrakurzen Laserpulse benötigt man, um die Bewegung von Elektronen in Molekülen oder Festkörpern in Echtzeit zu messen.
Hohe-Harmonischen-Erzeugung im Trichter | Bis zu hundertfach stärker wird das elektrische Feld eines Lasers, wenn er in Form von Oberflächenplasmonen in das schmale Ende eines leitenden Trichters fokussiert sind. Dort regt es Gasatome an, die höherfrequente Laserstrahlung aussenden.
Der Prozess basiert auf dem Phänomen der so genannten Hohe-Harmonischen-Erzeugung, bei der ein Laser durch Wechselwirkung mit Materie Laserlicht vielfach höherer Frequenzen erzeugt. Dazu muss allerdings das elektrische Feld des Lasers extrem stark sein, wofür der silberne Trichter sorgt. Das eingestrahlte Laserlicht ruft im leitenden Material des Trichters Ladungsschwankungen hervor, die man als Oberflächenplasmonen-Polaritonen bezeichnet. Diese Oberflächenschwingungen sind quasi die Fortsetzung der Lichtwelle mit anderen Mitteln. Sie laufen an der Innenseite des Trichters entlang zu seinem engen Ende, bis sein Durchmesser eine halbe Wellenlänge erreicht. Hier werden die Polaritonen reflektiert und bilden eine stehende Welle, deren elektrisches Feld nach Angaben der Forscher hundertfach intensiver ist als das des ursprünglichen Laserlichts.
Das elektrische Feld entreißt den Gasatomen im Trichter Elektronen und beschleunigt sie. Sobald sich die Phase der Welle umkehrt, fliegen die Elektronen zu ihren Ursprungsatomen zurück, rekombinieren sie und geben die gewonnene Energie in Form höherfrequenter Strahlung wieder ab, in diesem Fall extremes UV mit Wellenlängen von einigen Dutzend Nanometern. Jeder Puls des Anregungslasers erzeugt einen zugehörigen UV-Laserpuls, so dass sich die Wiederholungsfrequenz des Trichterlasers bis zu einer Frequenz von 75 Megahertz einstellen lässt. (lf)
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