Przemieszczanie elektronów przechwyconych przez silne światło ultrafioletowe
Aby uchwycić coś tak małego i szybkiego jak elektron poruszający się wewnątrz atomu, cząsteczki czy ciała stałego, potrzebne jest jasne światło o ultrakrótkich impulsach, osiągających skalę attosekundową. Aby uzyskać takie światło, naukowcy prowadzili przez kilka ostatnich lat prace polegające na wykorzystaniu intensywnych impulsów lasera do naświetlania chmury słabo zjonizowanego gazu. Proces ten, noszący nazwę generowania wysokich harmonicznych (HHG), zmienia długości fal światła lasera na krótsze i generuje impulsy o attosekundowym czasie trwania. W ramach projektu ALPINE (Attosecond source from laser-plasma interaction), finansowanego ze środków UE, naukowcom udało się po raz pierwszy zastosować HHG w zwierciadłach plazmowych poprzez naświetlanie ich impulsami lasera o dwóch cyklach. Kiedy intensywne impulsy lasera uderzają w wypolerowaną powierzchnię, powstaje gęsta plazma pełniąca rolę zwierciadła. Oddziaływanie między światłem lasera a plazmą prowadzi do wytworzenia attosekundowych rozbłysków skrajnego światła ultrafioletowego, które są krótsze i jaśniejsze. Efektem przeprowadzonych prac jest pierwsze eksperymentalne zastosowanie HHG przy granicy relatywistycznej — o intensywności, powyżej której światło laserowe przyspiesza docelowe elektrony niemal do prędkości światła. Aby zrealizować to założenie, uczeni wprowadzili liczne ulepszenia w istniejącym systemie laserowym w celu uzyskania doskonałego kontrastu czasowego. Podstawę impulsu zmniejszono o kilka rzędów wielkości dzięki połączeniu filtra czasowego fal o polaryzacji krzyżowej ze zwierciadłem plazmowym. Kontrola dyspersji systemu laserowego umożliwiła wyeliminowanie pasożytniczych impulsów wstępnych. Dokonano też ważnej obserwacji, wskazującej, że relatywistyczne wysokie harmoniczne prowadzą do generowania attosekundowych impulsów laserowych — zgodnie z nią HHG zależy od fazy otoczki ładunku impulsu laserowego. Projekt ALPINE dowiódł, że HHG jest niezbędnym narzędziem w attofizyce. Nowatorstwo zastosowanego podejścia polega na tym, że cel lasera naświetlono źródłem impulsów o dwóch cyklach, a nie tradycyjnym wielocyklicznym laserem w celu uzyskania impulsów attosekundowych. Osiągnięcia te powinny umożliwić dokładniejsze badanie ultraszybkiej dynamiki elektronów w materii.
Słowa kluczowe
Impulsy attosekundowe, skrajny ultrafiolet, generowanie wysokich harmonicznych, oddziaływanie między laserem i plazmą, laser o dwóch cyklach
