Onlangs heeft deFritz Haber Instituut (FHI)van de Max Planck Society in Berlijn, Duitsland, een technologische mijlpaal bereikt: de eerste werking van een infrarood vrije-elektronenlaser in tweekleurenmodus.
Deze toonaangevende technologische innovatie maakt gelijktijdige tweekleurenlaserpulsexperimenten mogelijk en opent nieuwe mogelijkheden voor toepassingen zoals de studie van tijdprocessen in vaste stoffen en moleculen.
Momenteel zijn er wereldwijd ongeveer een dozijn vrije-elektronenlasers beschikbaar, die sterk variëren in grootte (van een paar meter tot een paar kilometer), golflengtebereik (van microgolven tot harde röntgenstralen) en kosten (van miljoenen tot meer dan een miljard). Ze hebben echter één gemeenschappelijk kenmerk: ze produceren allemaal intense en korte stralingspulsen.
De afgelopen decennia zijn vrije-elektronenlasers een belangrijke stralingsbron geworden en worden ze op grote schaal gebruikt in fundamenteel onderzoek en toegepaste wetenschap.
Het is bekend dat onderzoekers van het Fritz Haber Institute (FHI) samen met partners in de Verenigde Staten een nieuwe methode hebben ontwikkeld die in staat is om tegelijkertijd infraroodpulsen van twee verschillende kleuren te genereren.
De realisatie van deze technologie is ingenieus: in een vrije elektronenbundelstroom worden de elektronenbundels eerst versneld door een elektronengaspedaal om extreem hoge kinetische energieën te bereiken die dicht bij de snelheid van het licht liggen. Vervolgens passeren deze snelle elektronen een fluctuator en worden ze in een cyclotronachtig pad gedwongen door de werking van een sterk magnetisch veld met periodiek veranderende polariteit.
De oscillerende werking van de elektronen resulteert in de emissie van elektromagnetische straling, waarvan de golflengte nauwkeurig kan worden geregeld door de elektronenenergie of de sterkte van het magnetische veld aan te passen. Hierdoor zijn vrije elektronenlasers (FEL's) in staat laserachtige straling te genereren in bijna alle delen van het elektromagnetische spectrum, en bestrijken ze een breed bereik van lange terahertz tot korte röntgengolflengten.
Sinds 2012 werken de FEL's van FHI gestaag en produceren ze intense gepulseerde straling met golflengten die continu instelbaar zijn in het midden-infrarood (MIR) bereik, van 2,8 micron tot 50 micron. De afgelopen jaren hebben de wetenschappers en ingenieurs van FHI gewerkt aan een tweekleurige uitbreiding, waarbij ze met succes een tweede tak van de FEL hebben geïnstalleerd om ver-infraroodstraling (FIR) te produceren met golflengten tussen 5 en 170 micron.
Deze innovatie breidt niet alleen het scala aan toepassingen voor FEL's uit, maar opent ook nieuwe wegen voor hun ontwikkeling op het gebied van wetenschappelijk onderzoek.
