04 Sep. Ein Gas wird zur XUV-Linse
Intensive XUV-Laserpulse lassen sich mit herkömmlichen optischen Elementen nur schwer formen. Konventionelle transmissive Optiken absorbieren die hochenergetischen Photonen stark und sind daher für XUV-Licht nur eingeschränkt einsetzbar. Ein dichtes atomares Gas kann diese Aufgabe übernehmen: Forschende unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg haben gezeigt, dass sich damit sowohl die räumliche Form als auch das Spektrum intensiver XUV-Pulse verändern lassen.
Gasatome als brechendes Element
Grundlage dafür sind nichtlineare Wechselwirkungen zwischen intensivem XUV-Licht und den Atomen des Gases. Durchläuft ein starker XUV-Puls ein dichtes atomares Gas, regt er die Energieniveaus der Atome in schneller Folge an und ab. Dieser als Rabi-Oszillation bezeichnete Prozess lässt die Elektronen zwischen den beteiligten Quantenzuständen oszillieren.
Da ein Laserstrahl in seiner Mitte intensiver ist als an den Rändern, variiert auch die Stärke der Licht-Materie-Wechselwirkung über das Strahlprofil. Dadurch verändert sich der Brechungsindex des Gases intensitätsabhängig. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt nahe einer atomaren Resonanz. Zusammen mit der Pulsausbreitung im dichten Medium lässt dies die Gasatome wie ein dynamisches brechendes Element wirken, das XUV-Licht ähnlich wie eine Linse oder ein Prisma beeinflusst.
Änderung der Pulsstruktur und spektralen Zusammensetzung im Fernfeld in Abhängigkeit von der Intensität des Laserpulses. Bild: MPIK
Dynamische Optik für kurzwelliges Licht
Auf diese Weise lässt sich das Gas als zeitabhängiges optisches Element nutzen, mit dem Strahlform und spektrale Zusammensetzung auf sehr kurzen Zeitskalen beeinflusst werden können. Der Ansatz könnte damit neue Möglichkeiten zur räumlichen und spektralen Formung kohärenter XUV-Pulse und perspektivisch auch von Röntgenpulsen eröffnen.
Für Spektroskopie bis Quantentechnologie
Die Forschenden sehen mögliche Anwendungen insbesondere in der Spektroskopie. Darüber hinaus könnte eine gezielte Formung kurzwelliger Pulse künftig beispielsweise für die Kontrolle chemischer Reaktionen mit strukturiertem Licht oder für quantentechnologische Anwendungen auf atomaren Längen- und Zeitskalen genutzt werden.
Originalpublikation:
[Y. He et al.: Redirection and reshaping of intense extreme-ultraviolet radiation; Science Advances, 29. Mai 2026, Vol 12, Issue 22, DOI: 10.1126/sciadv.aef5300]
Quelle und Bild: www.mpi-hd.mpg.de