Attosekunden-Metrologie mit zirkular polarisiertem Licht

Kurze Lichtpulse im extrem ultraviolleten und weichem Röntgen­bereich lassen sich mit hoher Intensität mit Freie-Elektronen-Lasern erzeugen. Viel kleiner und günstiger sind Laser-Apparaturen, die die höheren Harmonischen nutzen, um Photonen mit einigen Dutzend Elektronen­volt Energie für Experimente zur Verfügung zu stellen. Lieferten diese Tabletop-Lichtquellen bisher linear polarisiertes Licht, konnten nun Physiker an der University of Colorado in Boulder auch zirkular polarisiertes Licht im EUV-Bereich erzeugen. Mit ihrer komplexen Licht­quelle könnte man nun auch magnetische Materialien und chirale Moleküle untersuchen.

„Mit diesem Experiment erzeugten wir eines der komplexesten kohärenten Licht­felder überhaupt“, sagt Cong Chen vom Department of Physics, der den Aufbau zusammen mit spanischen und israelischen Kollegen konstruierte. Zuerst mischten sie gegen­läufig zirkular polarisiertes Lichtpulse eines Infrarot-Lasers – 780 Nanometer Wellen­länge für die 1. und 390 Nanometer für die 2. Harmonische – in einem einen Zentimeter langen Wellen­leiter aus einem mit Argon gefüllten Röhrchen. Mit einem steuerbaren Zeit­versatz zwischen den beiden IR-Pulsen konnten hinter dem Wellenleiter Pulse zirkular polarisiertem Lichts bis zur 20. Harmonischen mit etwa 22 Elektronen­volt nachgewiesen werden.

Um die Eigenschaften dieser EUV-Pulse näher zu bestimmen, lenkten Chen und Kollegen diese Lichtpulse auf eine hochreine Kupferoberfläche, begleitet von einem linear polarisiertem IR-Lichtfeld (780 nm, 1,6 eV). Die Energie dieser Lichtpulse war groß genug, um aus der Kupfer­ober­fläche Photo­elektronen aus verschiedenen Niveaus zu schlagen. Mit einem Spektro­meter untersuchten sie diese Elektronen genauer. Die Analyse der Spektren lieferte Hinweise auf die Struktur der ursprünglichen EUV-Pulse, deren Polarisations­richtung in 120-Grad-Schritten innerhalb von wenigen Attosekunden wechselte.

Mit diesem Experiment konnten die Forscher also zirkular polarisierte EUV-Pulse erzeugen und ihre Eigenschaften exakt bestimmen. Mit diesem Prinzip lassen sich nun relativ kleine EUV-Quellen für zirkular polasiertes Licht entwickeln, die für die Untersuchung von magnetischen Werkstoffen und chiralen Molekülen geeignet wären.

Jan Oliver Löfken

DE