Schwedens leistungsstärkster Laser liefert kürzeste Lichtpulse
Zum ersten Mal haben Forscher der Universität Umeå die volle Leistungsfähigkeit ihrer Großlaseranlage demonstriert.
Ein Team der Umeå Universität berichtet in einer Fachveröffentlichung, wie es am LWS100 zugleich ultrakurze Laserpulse bei extremer Spitzenleistung und präzise gesteuerten Wellenformen erzeugt hat. Damit sei es möglich, die schnellsten Prozesse in der Natur zu erforschen.
Das speziell angefertigte Lasersystem, der Light Wave Synthesizer 100 (LWS100), ist 11 Meter lang und 1,5 Meter breit und damit natürlich weitaus größer als kommerzielle Laser. Diese Größe ist jedoch vonnöten, um ultrakurze Laserpulse mit extremer Spitzenleistung zu erzeugen und zu verstärken. In der Spitze erzeugt er hundert Terawatt – das entspricht dem Fünffachen des durchschnittlichen Stromverbrauchs der Welt – allerdings nur für einige Femtosekunden.
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Damit ist das System der leistungsstärkste Laser in Schweden und öffnet die Türen für bahnbrechende Anwendungen wie das Verständnis ultraschneller Prozesse in Biomolekülen, die Entwicklung lichtgesteuerter Elektronik und die Verbesserung der Effizienz von Solarzellen.
Das Besondere an dem System ist, dass die Pulse nicht nur extrem kurz – 4,3 Femtosekunden – und leistungsstark sind, sondern auch eine reproduzierbare und kontrollierte Wellenform des elektrischen Feldes aufweisen, die von Puls zu Puls identisch ist. Dieses Maß an Kontrolle ist bei großen Lasersystemen eine besondere Herausforderung, aber für viele fortschrittliche Anwendungen entscheidend. Damit können noch kürzere Attosekunden-Röntgenpulse erzeugt werden, mit denen sich die Bewegung von Elektronen in Echtzeit „filmen“ lässt.
„Wir können jetzt zeigen, dass das System genau das leistet, was wir uns beim Bau vorgestellt haben. Das ist ein Meilenstein für unsere Forschung“, sagt Laszlo Veisz, Professor im Relativistic Attosecond Physics Laboratory (REAL) des Fachbereichs Physik der Universität Umeå.
Mit diesem Lasersystem ist eine Vielzahl von Experimenten geplant, bei denen die extreme zeitliche und räumliche Lichtkonzentration genutzt wird. Durch die Formung und Fokussierung ultrakurzer Pulse können Attosekunden-Elektronenpakete in kompakten Mikrobeschleunigern auf ultrarelativistische Energien beschleunigt oder Röntgenquellen der nächsten Generation geschaffen werden, um die Attosekundenforschung voranzutreiben.
Das Lasersystem wurde 2022 an der Fakultät für Physik der Universität Umeå installiert und eingeweiht. Die jetzt veröffentlichte Arbeit ist die erste wissenschaftliche Studie, die die volle Leistungsfähigkeit des Systems belegt. [Umeå U / dre]
Weiterführende Links
- Originalveröffentlichung
L. Veisz et al., Waveform-controlled field synthesis of sub-two-cycle pulses at the 100 TW peak power level, Nat. Photon., 10. Juli 2025; DOI: 10.1038/s41566-025-01720-2 - Relativistic Attosecond Physics Laboratory (REAL), Laserlab Umeå, Institutionen för Fysik, Umeå universitet, www.realumu.org
