Una nuova ricerca mostra come misurare i lampi super brevi di luce ad alta frequenza emessi dai laser a elettroni liberi (FEL). Utilizzando la stessa ionizzazione indotta dalla luce per creare un otturatore ottico a femtosecondi, la tecnica codifica il campo elettrico dell'impulso FEL in un impulso di luce visibile in modo che possa essere misurato con uno standard, Lento, telecamera a luce visibile.

"Questo lavoro ha il potenziale per portare a una nuova diagnostica online per i FEL, dove può essere determinata l'esatta forma dell'impulso di ciascun impulso luminoso. Queste informazioni possono aiutare sia l'utente finale che gli scienziati dell'acceleratore, " disse Pamela Bowlan, Ricercatore capo del progetto del Los Alamos National Laboratory. Il documento è stato pubblicato il 12 aprile 2021 in ottica . "Questo lavoro apre anche la strada alla misurazione di impulsi a raggi X o immagini a raggi X risolte nel tempo a femtosecondi".

laser a elettroni liberi, che sono azionati da acceleratori lineari chilometrici, emettono lampi di luce a lunghezza d'onda corta della durata di un quadrilionesimo di secondo. Di conseguenza, possono agire come luci stroboscopiche per visualizzare gli eventi più veloci in natura - il movimento atomico o molecolare - e quindi promettono di rivoluzionare la nostra comprensione di quasi ogni tipo di materia.

La misurazione di un'esplosione di radiazioni ionizzanti così incredibilmente rapida si è precedentemente rivelata una sfida. Ma mentre l'elettronica è troppo lenta per misurare questi impulsi luminosi, gli effetti ottici possono essere essenzialmente istantanei. Spremere tutta l'energia di un laser continuo in brevi impulsi significa che gli impulsi laser a femtosecondi sono estremamente luminosi e hanno la capacità di modificare l'assorbimento o la rifrazione di un materiale, creando "otturatori ottici" effettivamente istantanei.

Questa idea è stata ampiamente utilizzata per misurare gli impulsi laser a femtosecondi a luce visibile. Ma la luce ultravioletta estrema ad alta frequenza dei FEL interagisce con la materia in modo diverso; questa luce è ionizzante, il che significa che estrae gli elettroni dai loro atomi. I ricercatori hanno dimostrato che la ionizzazione stessa può essere utilizzata come "otturatore ottico a femtosecondi" per misurare impulsi laser ultravioletti estremi a 31 nanometri.

"La ionizzazione in genere modifica le proprietà ottiche di un materiale per nanosecondi, che è 10, 000 volte più lento della durata dell'impulso FEL, " disse Bowlan. "Ma la durata del fronte di salita della ionizzazione, determinato da quanto tempo impiega l'elettrone a lasciare l'atomo, è notevolmente più veloce. Questo cambiamento risultante nelle proprietà ottiche può fungere da otturatore veloce necessario per misurare gli impulsi FEL".