Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Nowe komponenty optyczne do prowadzenia ultraszybkich eksperymentów

Źródła światła emitujące spójne, silne promieniowanie w ultrakrótkich impulsach to sprawdzone narzędzia do badania reakcji chemicznych w ekstremalnie krótkich skalach czasowych. W ramach pewnego unijnego projektu opracowano nowe dyfrakcyjne elementy optyczne (DOE), umożliwiające tworzenie nowatorskich metod badania dynamiki ultraszybkich reakcji.
Nowe komponenty optyczne do prowadzenia ultraszybkich eksperymentów
Przy czasach trwania zbliżających do skali czasowych podstawowych procesów atomowych i molekularnych, generowanie ultraszybkich impulsów optycznych umożliwia zrewolucjonizowanie biologii, fizyki i chemii w laboratoriach na całym świecie. Dzięki zastosowaniu laserów pulsacyjnych spektroskopia czasowo-rozdzielcza umożliwia obrazowanie bardzo dynamicznych procesów ruchu cząsteczek i przeniesienia elektronów między atomami. Wykorzystanie odpowiednich DEO o wysokiej koherencji czasowej w polu optycznym wiązki laserowej jest sposobem na dalsze udoskonalenie technik spektroskopowych.

W ramach projektu 3D RZP (The advanced instrumentation on the basis of 3D RZP for modern UV and X-ray sources), finansowanego ze środków UE, naukowcy opracowali wysokiej jakości komponenty optyczne do spektroskopii czasowo-rozdzielczej, obejmującej całe zakresy promieniowania ultrafioletowego (UV) i rentgenowskiego. DOE przy całkowitym odbiciu zewnętrznym są jednymi komponentami optycznymi, które można wykorzystać do skupiania promieniowania o dużej intensywności. Przestrzenną dyspersję energii uzyskano poprzez zastosowanie płytek strefowych Fresnela.

Aparatura do badań techniką femtoslicing w pierścieniach do magazynowania promieniowania synchrotronowego to jedno z niewielu źródeł sub-pikosekundowego pulsacyjnego promieniowania rentgenowskiego obejmującego pełny zakres fotonów rentgenowskich wykorzystywanych w badaniach naukowych. Laboratorium femtoslicing BESSY w Niemczech jest jedyną placówką umożliwiającą badanie ultraszybkiej dynamiki przy pomocy słabych impulsów rentgenowskich o czasie trwania około 100 fs oraz przy zmiennej polaryzacji liniowej i kołowej. Zwiększenie długości koherencji odbywa się jednak kosztem strumienia fotonów na impuls. Aby rozwiązać ten problem, zespół 3D RZP zbudował i zamówił nowy typ wysokostrumieniowej linii eksperymentalnej femtoslicing, która jest co najmniej 20 razy bardziej wydajna. Wyjątkowa aparatura opiera się na wykorzystaniu zespołu niewspółosiowych płyt strefy odbicia (RZP), obejmujących dużą szerokość pasma.

Nowo opracowane RZP znalazły też zastosowanie w czasowo-rozdzielczej rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej materiałów biologicznych, wykorzystującej lasery na swobodnych elektronach. Spektrometr składał się z nawet 100 RZP na podłożu krzemowym.

Naukowcy zweryfikowali też i zmodyfikowali istniejącą technologię mikrowytwarzania pod względem jej dokładności, jednorodności i powtarzalności DOE. Opracowano nowy proces precyzyjnego wytrawiania plazmowego krzemu. Zespół przygotował innowacyjne techniki oparte na zastosowaniu wytrawiania jonowego do profilowania precyzyjnych struktur DOE z okresami poprzecznymi nawet zaledwie 100 nm.

DOE to podstawowe komponenty umożliwiające powadzenie badań przy pomocy synchrotronów, laserów na swobodnych elektronach i generatorów wysokich harmonicznych. Dzięki energiom fotonów promieniowania rentgenowskiego rzędu nawet 20 keV nowo opracowane DOE pomogą w projektowaniu zindywidualizowanych układów optycznych.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Reakcje chemiczne, dyfrakcyjne elementy optyczne, spektroskopia czasowo-rozdzielcza, 3D RZP, płyty strefy odbicia
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę