Az infravörös szabadelektron lézer először működik kétszínű módban

A közelmúltban a berlini Max Planck Társaság Fritz Haber Intézete (FHI) technológiai mérföldkövet ért el – először fordult elő, hogy infravörös szabadelektron-lézer működött kétszínű módban.
Ez a világelső technológiai innováció lehetővé teszi az egyidejű kétszínű lézerimpulzus-kísérleteket, és új lehetőségeket nyit az olyan alkalmazások számára, mint például a szilárd anyagok és molekulák időbeli folyamatainak tanulmányozása.
Jelenleg körülbelül egy tucat szabadelektron lézer kapható világszerte, amelyek mérete (néhány métertől néhány kilométerig), hullámhossz-tartománya (mikrohullámoktól a kemény röntgensugarakig) és költsége (milliótól több, egy milliárd). Azonban van egy közös jellemzőjük: mindegyikük intenzív és rövid sugárzási impulzusokat produkál.
Az elmúlt évtizedekben a szabadelektron-lézerek fontos sugárforrássá váltak, és széles körben használják az alapkutatásban és az alkalmazott tudományban.
Ismeretes, hogy a Fritz Haber Institute (FHI) kutatói egyesült államokbeli partnerekkel közösen olyan új módszert fejlesztettek ki, amely két különböző színű infravörös impulzusok egyidejű generálására képes.
Ennek a technológiának a megvalósítása zseniális: egy szabad elektronsugár-folyamban az elektronsugarat először egy elektrongázpedál gyorsítja fel, hogy a fénysebességhez közeli, rendkívül magas kinetikus energiákat érjenek el. Ezt követően ezek a nagy sebességű elektronok áthaladnak egy fluktuátoron, és egy erős mágneses tér ciklotronszerű pályára kényszeríti őket periodikus polaritásváltozással.
Az elektronok oszcilláló hatása elektromágneses sugárzás kibocsátását eredményezi, melynek hullámhossza akár az elektronenergia, akár a mágneses tér erősségének beállításával pontosan szabályozható. Emiatt a szabad elektronlézerek (FEL-ek) az elektromágneses spektrum szinte minden részében képesek lézerszerű sugárzást generálni, amely a hosszú terahertzektől a rövid röntgenhullámhosszakig terjed.
2012 óta az FHI FEL-ei folyamatosan működnek, intenzív impulzussugárzást bocsátanak ki, amelynek hullámhossza folyamatosan hangolható a közép-infravörös (MIR) tartományban, 2,8 mikrontól 50 mikronig. Az elmúlt években az FHI tudósai és mérnökei egy kétszínű kiterjesztésen dolgoztak, és sikeresen telepítették a FEL második ágát, amely 5 és 170 mikron közötti hullámhosszú távoli infravörös (FIR) sugárzást állít elő.
Ez az innováció nem csak bővíti a FEL-ek alkalmazási körét, hanem új utakat nyit fejlesztésük előtt a tudományos kutatás területén.