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電子プラズマ、孤立アト秒レーザパルス生成

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May, 31, 2019, Munich--マックスプランク量子光学研究所、Maximilians University in Munich およびUmeå Universityの物理学者は、相対論的電子で構成されるプラズマを利用して初めて孤立した高強度アト秒レーザパルスを生成した。
 高密度電子がほぼ光の速度に加速されると、それは反射面として機能する。そのような「プラズマミラー」は、光を操作するために利用できる。現在、国際研究チームが、このプラズマミラー効果を詳細に特徴付け、それを利用して孤立した高強度アト秒閃光を生成した。
 超高強度レーザパルスと物質との相互作用は、わずか数100アト秒続く超短光フラッシュへの全く新しいアプローチを開いた。並外れて短いこれらのパルスは、サブアトミックスケールで超高速物理現象の動力学プローブに利用できる。アト秒パルスを作る標準的な方法は、ネオンやアルゴンなどの希ガスの原子内での近赤外レーザ光と電子の相互作用に基づいている。
 現在、研究チームは、孤立アト秒光パルス生成で新戦略実行に成功した。
 最初のステップでは、極めて強力なフェムト秒レーザパルスとガラスとの相互作用が可能になった。レーザ光がガラス面を気化し、その構成原子を電離して、遊離電子を光の速度のかなりの割合に相当するまで加速する。急速に動く電子で構成された結果としての高密度プラ¬ズマは、パルスレーザ光と同一方向に伝播し、ミラーのように働く。電子が、光に近い速度に達すると、電子は相対論的になり、次にレーザ場に反応して振動を始める。プラズマミラーの次の周期的変形が反射された光波と相互作用し、孤立したアト秒パルスを生じさせる。これらのパルスは、推定パルス幅200アト秒(as)に近い、スペクトルの極紫外領域の波長である(20-30 nanometers、 40-60 eV)。
 もっと長いレーザパルスで生成されたアト秒パルスと対照的に、プラズマミラー効果とわずかな光周期幅のレーザパルスで生成されたパルスは、波形で精密制御が可能である。これにより研究者は、生成過程の経時変化、つまりプラズマミラーの振動を観察することができた。重要な点は、これらのパルスは、遙かに高強度であること。つまり、標準的な手順で得たものよりも、多くのフォトンを含んでいる。
 強度増強により、サブアトミック粒子の振る舞いをリアルタイムで、なお一層、精密に測定できる。アト秒光パルスは、主として電子運動のマッピングに使用される。これにより、原子内の基本的過程の動力学を洞察することができる。アト秒閃光の強度が高ければ高いほど、物質内の粒子の動きについて、より多くの情報を収集できる。高輝度アト秒光パルスを生成するプラズマミラー効果の実際的証明により、新しい研究の著者たちは、物理学者が量子の世界の秘密を一段と深くプローブできる技術を開発した。

(詳細は、https://www.mpq.mpg.de)