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Manipulation in Ultrakurzzeit

Daimler und Benz-Stipendium ermöglicht Forschungsprojekt zur Erzeugung von isolierten Attosekundenpulsen
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25.02.2016
Prof. Dr. Adrian N. Pfeiffer kann nun dank des Stipendiums ein Forschungsprojekt starten, bei dem einzelne Attosekundenpulse räumlich getrennt erzeugt werden sollen. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU Prof. Dr. Adrian N. Pfeiffer kann nun dank des Stipendiums ein Forschungsprojekt starten, bei dem einzelne Attosekundenpulse räumlich getrennt erzeugt werden sollen.
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Es ist die Welt der extrem kurzen Zeiten: das Innere eines Atoms. Elektronen bewegen sich hier innerhalb einer Zeitspanne von Attosekunden. Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde und das Zeitmaß, mit dem Physiker in der Ultrakurzzeit-Spektroskopie messen, was im Inneren eines Atoms vorgeht. Seit rund fünfzehn Jahren setzen sich Wissenschaftler des Fachgebietes Attosekundenphysik mit diesem Zeitmaß auseinander und arbeiten daran, Attosekundenpulse zu erzeugen. Die versprechen neue Einblicke in die Dynamik von Materie, indem sie die Beobachtung von quantenmechanischen Prozessen auf einer bisher unzugänglichen Zeitskala möglich machen.


Neuer Ansatz, um isolierte Attosekundenpulse zu erzeugen

Einen neuen Ansatz, isolierte Attosekundenpulse zu erzeugen, verfolgt Prof. Dr. Adrian Pfeiffer von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Der Juniorprofessor für Attosekunden-Laserphysik am Institut für Optik und Quantenelektronik hat nun für sein Forschungsvorhaben ein Stipendium der Daimler und Benz Stiftung erhalten. Für die nächsten zwei Jahre stellt ihm die Stiftung insgesamt 40.000 Euro zur Verfügung, um das Projekt zu realisieren.

Ultrakurze Lichtpulse mit einer Dauer von Attosekunden lassen sich nur im ultravioletten oder Röntgen-Bereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugen. Bisher verfügbare Laser im sichtbaren oder infraroten Bereich erzeugen Pulse mit Dauer von Femtosekunden, sind also 1.000-mal zu langsam. "Um dennoch Attosekundenpulse zu erzeugen, haben Forscher Femtosekundenpulse auf ein gasförmiges Erzeugungsmedium geschossen. Das kann man sich als eine Säule aus Gas vorstellen, die durch ein Vakuum fliegt, ein sogenannter Gasjet", sagt Prof. Pfeiffer und ergänzt: "Im Erzeugungsmedium entsteht dann Licht mit einer kürzeren Wellenlänge, was Lichtpulse mit Dauer unterhalb einer Femtosekunde ermöglicht."

Nachteile dieses Verfahrens sind u. a. die geringe Intensität des erzeugten Pulses, ein hoher Aufwand sowie hohe Kosten. Auch die Verwendung eines dünnen Glasplättchens, also eines Festkörpers statt des Gasjets als Erzeugermedium, habe noch nicht die gewünschten Ergebnisse liefern können. Denn normalerweise entsteht im Erzeugungsmedium eine Art Pulsbündel von Attosekundenpulsen, aus dem einzelne Pulse erst herausgeschnitten werden müssen.


Manipulation der Erzeugungspulse mit einer GRIN-Linse

Hier setzt Adrian Pfeiffer an: Versetzt man die Laserpulse nämlich in eine sogenannte Wellenfrontdrehung, bei der sich die Richtung des Laserstrahls innerhalb der Pulsdauer ändert, könnten - so die Idee - einzelne Attosekundenpulse räumlich getrennt erzeugt werden. "Zur Manipulation der Erzeugungspulse werden wir eine Gradienten-Index-, kurz GRIN-Linse verwenden, wie sie in Endoskopen eingesetzt wird. Dadurch wird der Laserpuls derart manipuliert, dass sich neue Möglichkeiten für die Erzeugung von Attosekundenpulsen ergeben", so der Jenaer Physiker. Unterstützt wird er dabei von Masterstudent Tobias Heuermann, der sich in seiner Abschlussarbeit mit der Erzeugung dieser ultrakurzen Lichtblitze auseinandersetzt.

Adrian Pfeiffer wurde auf dem Gebiet der Attosekundenphysik an der ETH Zürich promoviert und hat danach als Postdoc am Lawrence Berkeley National Laboratory geforscht. Seit 2013 leitet er eine Arbeitsgruppe an der Universität Jena, wo innovative Konzepte für die Ultrakurzzeit-Spektroskopie und -Pulserzeugung entwickelt werden. "Am Institut für Optik und Quantenelektronik stehen mir die modernsten Laborräume und Laserquellen zur Verfügung, weshalb ich bereits nach wenigen Monaten mit den ersten Ergebnissen rechne", ist Pfeiffer zuversichtlich.

Die Daimler und Benz Stiftung vergibt jedes Jahr zwölf Stipendien an ausgewählte Postdocs, Juniorprofessoren oder Leiter junger Forschungsgruppen. Ziel ist es, Nachwuchswissenschaftler zu stärken und den engagierten Forschern den Berufsweg während der produktiven Phase nach ihrer Promotion zu ebnen.

Kontakt:
Jun.-Prof. Dr. Adrian N. Pfeiffer
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947220
E-Mail: a


 

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