La instalación europea de láser de electrones libres de rayos X (XFEL), cerca de Hamburgo, Alemania, fue construido con un objetivo:proporcionar pulsos de luz lo suficientemente cortos, lo suficientemente brillante, y de longitud de onda lo suficientemente pequeña para observar procesos que de otro modo serían demasiado rápidos y / o poco frecuentes para medir en tiempo real.
Sin estos pulsos ultracortos, y esto significa millonésimas de mil millonésimas de segundo de duración (femtosegundos), las mediciones se limitan a una mirada antes y después de las interacciones moleculares. Seis estaciones finales diferentes estarán disponibles para que los científicos de todo el mundo realicen experimentos utilizando el rayo XFEL una vez que esté en pleno funcionamiento en 2017.
Para realizar estas medidas, el equipo de investigación desarrolló un pulsado láser óptico que está sincronizado con los pulsos XFEL y sintonizable tanto en longitud de onda como en duración de pulso para adaptarse a las necesidades de cada uno de los seis experimentos diferentes que se están llevando a cabo. Las características de este versátil sistema de láser óptico se publicarán en un artículo de la revista. Óptica Express , de la Sociedad Óptica (OSA).
"La verdadera singularidad de nuestro láser radica en el hecho de que coincide con el patrón de emisión de ráfagas del XFEL europeo, "dijo Max J. Lederer, científico principal, XFEL. "Por lo tanto, permite experimentos con la frecuencia de pulso más alta posible del XFEL con parámetros de pulso óptico (energía, duración del pulso) solo se puede obtener a bajas tasas de repetición de los sistemas Ti:Sapphire ".
Estos días, encontrar un láser óptico capaz de producir pulsos ultracortos para la investigación, como un láser de titanio-zafiro (Ti:Sapph), no es difícil. Pero encontrar un láser de este tipo que pueda coincidir con las especificaciones de potencia y sincronización de los seis experimentos XFEL es difícil. "En otras palabras, es la alta tasa de repetición y la potencia promedio durante las ráfagas lo que marca la diferencia, "Dijo Lederer.
Pero, ¿por qué una instalación construida para albergar uno de los láseres más grandes y avanzados, ¿Necesitas otro láser? De hecho, este sistema láser adicional es una parte integral de la realización de las medidas proyectadas a escala atómica. Los pulsos de láser óptico sirven para preparar muestras, utilizando 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 los experimentos de bomba-sonda para la que está diseñado el láser.
"El sistema láser está [construido] para satisfacer la necesidad de un láser de sonda-bomba óptico experimental, sincronizado y adaptado al patrón de emisión del XFEL europeo. El láser normalmente activará muestras, seguido de sondeo con los pulsos de rayos X, "Dijo Lederer.
La necesidad de sintonizar la bomba láser proviene de cada una de las seis estaciones científicas que albergan diferentes experimentos que investigan varios tipos de muestras y fases de la materia. El láser óptico proporciona esta capacidad de configuración a través de una serie de técnicas ópticas que aprovechan las interacciones luz-materia para dar como resultado la energía y el tiempo precisos 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 disponible mediante conversión paramétrica y esquemas de generación de THz, "Dijo Lederer.
La instalación del primer láser ya ha comenzado y Lederer y su equipo anticipan las emocionantes capacidades de la instalación. Lederer dijo:"Por supuesto, estamos ansiosos por cumplir con el plazo 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 ".
