Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 6 – vyšlo 10. února, ročník 1 (2003) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

6/2003

Attosekundový laser a zrod attofyziky

Vavřinec Havlíček

Impulsní laser dosahující délky impulsu řádově ve femtosekundách (10⁻¹⁵ s) byl poprvé spuštěn v Rakousku. Ferenc Krausz s kolegy z Vídeňské univerzity použili velmi krátký záblesk RTG záření ke zkoumání ionizace kryptonu. Chemické reakce se běžně odehrávají na časových škálách v měřítku femtosekund. Femtosekundové laserové impulsy jsou srovnatelné s oscilacemi elektromagnetického pole. Jestliže se impuls příliš zkrátí, nebude pro zkoumání elektronových efektů použitelný.

Časové škály

Avšak procesy, kterými může procházet elektron v elektronovém obalu – například ionizace – probíhají ještě tisíckrát rychleji. Pro tyto ultrarychlé děje je nutno použít nástroj, který pracuje v časové škále attosekund, tedy 10⁻¹⁸ s. Markus Drescher spolu s kolegy z univerzity v Biefeldu v Německu a Ferenc Krausz z Vídně realizovali v roce 2002 experiment, při kterém se jim podařilo prvním impulsem trvajícím 650 attosekund vyrazit elektron z atomárního obalu. Následně změřili dobu, kterou uvolněnému elektronu zabralo znovuzachycení do atomárního obalu. Určili ji z časové prodlevy mezi laserovým impulsem a následným impulsem RTG záření vyslaným znovuzachyceným elektronem. Touto technologií je možno přímo měřit kvantové přechody v elektronovém obalu. Pro takový experiment je však nutno použít laseru pracujícího v RTG oblasti, kde je možno jít teoreticky na limitně nejkratší délku impulsu až 40 attosekund. Tím se otevřela poprvé brána do nové fyzikální oblasti - tzv. attofyziky. Pro viditelné záření je nejkratší dosažitelná limitní perioda okolo 2,5 femtosekund.

Emise RTG záblesku

Impulsní laser pracuje v režimu činnosti spínání ziskem, při kterém dochází v důsledku intenzivního buzení k prudkému nárůstu zisku nebo součinitele zesílení. Když zisk zesilujícího aktivního prostředí laseru přesáhne prahovou hodnotu, dochází k prudkému nárůstu energie soustředěné v rezonátoru. Detailní tvar impulsu závisí především na rychlosti buzení. Při impulsech limitně trvajících okolo femtosekund a kratších jsou již vlastnosti optického prostředí funkcí intenzity impulsu. Projevují se zde velmi výrazně nelineární charakteristiky druhého a třetího řádu, které lze s výhodou využít k autofokusaci svazku (optický Kerrův jev), prostředí působí jako gradientní vlnovod, difrakce je kompenzována nelinearitou, svazek je veden vlnovodem, který sám vytvořil a vzniká prostorový soliton.

Markus Drescher a optická lavice

Celý výše popsaný experiment s attosekundovým laserem je chápán jako začátek nové éry ve zkoumání kvantových jevů. Podařilo se totiž zprovoznit technologii, která umožňuje přímá měření v atomárních měřítcích.

Odkazy