Laser na swobodnych elektronach w podczerwieni po raz pierwszy działa w trybie dwukolorowym

Niedawno Instytut Fritza Habera (FHI) Towarzystwa Maxa Plancka w Berlinie w Niemczech dokonał technologicznego kamienia milowego — po raz pierwszy podczerwony laser na swobodnych elektronach działał w trybie dwukolorowym.
Ta wiodąca na świecie innowacja technologiczna umożliwia jednoczesne eksperymenty z dwukolorowym impulsem laserowym i otwiera nowe możliwości takich zastosowań, jak badanie procesów czasowych w ciałach stałych i cząsteczkach.
Obecnie na świecie dostępnych jest kilkanaście laserów na swobodnych elektronach, które różnią się znacznie pod względem wielkości (od kilku metrów do kilku kilometrów), zakresu długości fal (od mikrofal po twarde promieniowanie rentgenowskie) i kosztów (od milionów do ponad miliard). Łączy je jednak wspólna cecha: wszystkie wytwarzają intensywne i krótkie impulsy promieniowania.
W ostatnich dziesięcioleciach lasery na swobodnych elektronach stały się ważnym źródłem promieniowania i są szeroko stosowane w badaniach podstawowych i naukach stosowanych.
Wiadomo, że naukowcy z Instytutu Fritza Habera (FHI) wraz z partnerami ze Stanów Zjednoczonych opracowali nową metodę, która jest w stanie generować jednocześnie impulsy podczerwieni o dwóch różnych kolorach.
Realizacja tej technologii jest genialna: w swobodnym strumieniu wiązek elektronów wiązki elektronów są najpierw przyspieszane za pomocą pedału gazu elektronowego, aż do osiągnięcia niezwykle wysokich energii kinetycznych bliskich prędkości światła. Następnie te szybkie elektrony przechodzą przez fluktuator i są zmuszane do poruszania się po torze przypominającym cyklotron przez silne pole magnetyczne z okresowymi zmianami polaryzacji.
Oscylacyjne działanie elektronów powoduje emisję promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali można precyzyjnie kontrolować, dostosowując energię elektronów lub natężenie pola magnetycznego. Z tego powodu lasery na swobodnych elektronach (FEL) są w stanie generować promieniowanie podobne do lasera w prawie wszystkich częściach widma elektromagnetycznego, obejmujące szeroki zakres fal, od długich terahercowych do krótkich fal rentgenowskich.
Od 2012 r. detektory FEL firmy FHI działają nieprzerwanie, wytwarzając intensywne promieniowanie pulsacyjne o długości fal, które można w sposób ciągły dostrajać w zakresie średniej podczerwieni (MIR), od 2,8 mikrona do 50 mikronów. W ostatnich latach naukowcy i inżynierowie z FHI pracowali nad dwukolorową rozbudową, z powodzeniem instalując drugą gałąź FEL do wytwarzania promieniowania dalekiej podczerwieni (FIR) o długości fali od 5 do 170 mikronów.
Ta innowacja nie tylko poszerza zakres zastosowań FEL, ale także otwiera nowe możliwości ich rozwoju w obszarze badań naukowych.