La instalación europea de láser de electrones libres de rayos X XFEL, cerca de Hamburgo, Alemania, se construyó con un objetivo: proporcionar pulsos de luz lo suficientemente cortos, lo suficientemente brillantes y lo suficientemente pequeños como para observar procesos que de otro modoser demasiado rápido y / o poco frecuente para medir en tiempo real
Sin esos pulsos ultracortos, y esto significa millonésimas de billonésimas de segundo de largo femtosegundos, las mediciones se limitan a una mirada antes y después de las interacciones moleculares. Seis estaciones finales diferentes estarán disponibles para los científicos de todo el mundo.el mundo para realizar experimentos utilizando el haz XFEL una vez que esté funcionando completamente en 2017.
Para realizar estas mediciones, el equipo de investigación desarrolló un láser óptico pulsado de alta potencia que se sincroniza con los pulsos XFEL y se puede ajustar tanto en la longitud de onda como en la duración del pulso para satisfacer las necesidades de cada uno de los seis experimentos diferentes que se llevan a caboLas características de este versátil sistema de láser óptico se publicarán en un artículo en la revista Óptica Express , de The Optical Society OSA.
"La singularidad real de nuestro láser radica en el hecho de que coincide con el patrón de emisión de ráfaga del XFEL europeo", dijo Max J. Lederer, científico principal, XFEL. "Por lo tanto, permite experimentos con la frecuencia de pulso más alta posible delXFEL con parámetros de pulso óptico energía, duración del pulso solo obtenible a bajas tasas de repetición de los sistemas Ti: Sapphire ".
En estos días, encontrar un láser óptico capaz de producir pulsos ultracortos para la investigación, como un láser de zafiro de titanio Ti: Sapph, no es difícil. Pero encontrar un láser que pueda igualar las especificaciones de potencia y sincronización delseis experimentos XFEL son difíciles. "En otras palabras, es la alta tasa de repetición y la potencia promedio durante las explosiones las que marcan la diferencia", dijo Lederer.
¿Pero por qué una instalación construida para albergar uno de los láseres más grandes y avanzados necesitaría otro láser? De hecho, este sistema láser adicional es una parte integral de la realización de las mediciones proyectadas a escala atómica. Los pulsos ópticos del láser sirven para prepararmuestras, usando la interacción con él como primer paso, en cierto sentido como control, antes de usar el pulso de rayos X para sondear e investigar la dinámica desconocida. Es principalmente la parte de "bomba" de la sonda-bomba que experimenta el láserestá diseñado para realizar.
"El sistema láser está [construido] para satisfacer la necesidad de un láser experimental de sonda de bomba óptica, sincronizado y adaptado al patrón de emisión del XFEL europeo. El láser normalmente activará muestras, seguido de sondeo con rayos Xpulsos ", dijo Lederer.
La necesidad de sintonización del láser de la bomba proviene de cada una de las seis estaciones científicas que albergan diferentes experimentos que investigan varios tipos de muestras y fases de materia. El láser óptico proporciona esta configurabilidad a través de una serie de técnicas ópticas que aprovechan las interacciones de la materia luminosa paradar como resultado la energía precisa y el tiempo de los pulsos necesarios.
Un ejemplo de tal proceso se llama conversión paramétrica que se refiere a la conversión de una partícula de luz en dos de la mitad de la energía, o viceversa. "Para una mayor flexibilidad experimental, el rango espectral de UV a THz estará disponiblea través de la conversión paramétrica y los esquemas de generación de THz ", dijo Lederer.
La instalación del primer láser ya ha comenzado y Lederer y su equipo observan las capacidades emocionantes de la instalación. Lederer dijo: "Por supuesto, estamos ansiosos por cumplir con la fecha límite para entregar el 'primer fotón' junto con el XFEL.Personalmente, estoy interesado en ver el láser utilizado en tantos descubrimientos científicos como sea posible en el futuro ".
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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