Plasmawolke macht Attosekundenlaser leistungsstärker

Garching – Mit Attosekundenlasern können Forscher heutzutage beobachten, wie sich Elektronen bewegen, wenn zum Beispiel eine chemische Verbindung entsteht. Erzeugt werden die ultrakurzen Lichtpulse, die nur ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde andauern, meist mit Edelgasatomen, die durch Laserpulse angeregt werden. Forscher haben nun eine alternative Methode weiterentwickelt, bei der Elektronen an einer Glasoberfläche die Attosekundenpulse abgeben. Die so erzeugten Lichtblitze enthalten mehr Photonen, deshalb kann man sie aufspalten, um Vorgänge in der Atomhülle noch besser abzubilden, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“. Bei bisherigen Verfahren mussten Forscher die Attosekundenlaserpulse meist mit einem Femtosekundenpuls kombinieren, um den Mikrokosmos im Detail zu untersuchen.

Ein internationales Team um Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching richtete für sein Experiment einen acht Femtosekunden langen Laserpuls auf eine Glasscheibe. Eine Femtosekunde entspricht einer Millionstel Milliardstel Sekunde, ist also tausendmal länger als die Attosekunde. Wenn das elektrische Feld des Laserpulses auf die Glasoberfläche trifft, entsteht ein sogenanntes relativistisches Plasma. In diesem Plasma werden Elektronen fast bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, allerdings werden sie wieder abgebremst und zur Oberfläche zurückgelenkt, sobald sich die Richtung des elektrischen Feldes ändert. 

Das Plasma über dem Glas wirkt wie eine Art Spiegel, der den auftreffenden Laserpuls reflektiert. Die Wellenlänge des Laserlichts verschiebt sich dabei in den infraroten oder sogar bis in den ultravioletten Bereich des Spektrums. Außerdem senden die Plasmaelektronen unter Einfluss des hochintensiven Lichts die gewünschten Attosekundenpulse aus, welche die Forscher herausfiltern konnten. Um die Länge der Pulse zu ermitteln, griffen die Wissenschaftler auch auf theoretische Berechnungen zurück und erhielten so einen Wert von 100 Attosekunden.