Una nueva investigación muestra cómo medir las ráfagas súper cortas de luz de alta frecuencia emitidas por láseres de electrones libres (FEL). Al utilizar la ionización inducida por la luz en sí misma para crear un obturador óptico de femtosegundos, la técnica codifica el campo eléctrico del pulso FEL en un pulso de luz visible para que pueda medirse con un estándar, lento, cámara de luz visible.

"Este trabajo tiene el potencial de conducir a un nuevo diagnóstico en línea para FEL, donde se puede determinar la forma exacta del pulso de cada pulso de luz. Esa información puede ayudar tanto al usuario final como a los científicos del acelerador, "dijo Pamela Bowlan, Investigador principal del proyecto del Laboratorio Nacional de Los Alamos. El artículo fue publicado el 12 de abril de 2021 en Optica . "Este trabajo también allana el camino para medir pulsos de rayos X o imágenes de rayos X con resolución temporal de femtosegundos".

Láseres de electrones libres, que son impulsados ​​por aceleradores lineales de un kilómetro de longitud, emiten ráfagas de luz de longitud de onda corta que duran una cuadrillonésima parte de un segundo. Como resultado, pueden actuar como luces estroboscópicas para ver los eventos más rápidos de la naturaleza (movimiento atómico o molecular) y, por lo tanto, prometen revolucionar nuestra comprensión de casi cualquier tipo de materia.

La medición de un estallido de radiación ionizante tan rápida y fugazmente ha demostrado ser un desafío. Pero si bien la electrónica es demasiado lenta para medir estos pulsos de luz, los efectos ópticos pueden ser esencialmente instantáneos. Exprimir toda la energía de un láser continuo en pulsos cortos significa que los pulsos de láser de femtosegundos son extremadamente brillantes y tienen la capacidad de modificar la absorción o refracción de un material. creando efectivamente "obturadores ópticos" instantáneos.

Esta idea se ha utilizado ampliamente para medir pulsos de láser de femtosegundos de luz visible. Pero la luz ultravioleta extrema de alta frecuencia de los FEL interactúa con la materia de manera diferente; esta luz es ionizante, lo que significa que extrae electrones de sus átomos. Los investigadores demostraron que la ionización en sí misma se puede utilizar como un "obturador óptico de femtosegundos" para medir pulsos de láser ultravioleta extremos a 31 nanómetros.

"La ionización normalmente cambia las propiedades ópticas de un material durante nanosegundos, que es 10, 000 veces más lento que la duración del pulso FEL, "Dijo Bowlan." Pero la duración del borde ascendente de la ionización, determinado por el tiempo que tarda el electrón en salir del átomo, es significativamente más rápido. Este cambio resultante en las propiedades ópticas puede actuar como el obturador rápido necesario para medir los pulsos FEL ".