Uma nova pesquisa mostra como medir as explosões supercurtas de luz de alta frequência emitida por lasers de elétrons livres (FELs). Ao usar a própria ionização induzida pela luz para criar um obturador óptico de femtossegundo, a técnica codifica o campo elétrico do pulso FEL em um pulso de luz visível para que possa ser medido com um padrão, devagar, câmera de luz visível.

“Este trabalho tem o potencial de levar a um novo diagnóstico online para FELs, onde a forma de pulso exata de cada pulso de luz pode ser determinada. Essas informações podem ajudar tanto o usuário final quanto os cientistas do acelerador, "disse Pamela Bowlan, Pesquisador principal do Laboratório Nacional de Los Alamos no projeto. O artigo foi publicado em 12 de abril, 2021 dentro Optica . "Este trabalho também abre caminho para a medição de pulsos de raios-X ou imagens de raios-X resolvidas no tempo de femtossegundos."

Lasers de elétrons livres, que são impulsionados por aceleradores lineares de quilômetros de extensão, emite rajadas de luz de comprimento de onda curto com duração de um quatrilionésimo de segundo. Como resultado, eles podem atuar como luzes estroboscópicas para visualizar os eventos mais rápidos da natureza - movimento atômico ou molecular - e, portanto, prometem revolucionar nossa compreensão de quase qualquer tipo de matéria.

Medir uma explosão tão rápida de radiação ionizante provou-se anteriormente um desafio. Mas, embora os eletrônicos sejam muito lentos para medir esses pulsos de luz, os efeitos ópticos podem ser essencialmente instantâneos. Comprimir toda a energia de um laser contínuo em pulsos curtos significa que os pulsos de laser de femtossegundos são extremamente brilhantes e têm a capacidade de modificar a absorção ou refração de um material, criando "persianas ópticas" efetivamente instantâneas.

Essa ideia tem sido amplamente usada para medir pulsos de laser de femtossegundos na luz visível. Mas a luz ultravioleta extrema de alta frequência dos FELs interage com a matéria de maneira diferente; esta luz é ionizante, o que significa que puxa elétrons de seus átomos. Os pesquisadores mostraram que a ionização em si pode ser usada como um "obturador óptico de femtossegundo" para medir pulsos ultravioleta de laser extremos a 31 nanômetros.

"A ionização normalmente altera as propriedades ópticas de um material por nanossegundos, que é 10, 000 vezes mais lento do que a duração do pulso FEL, "Bowlan disse." Mas a duração da borda ascendente da ionização, determinado por quanto tempo leva para o elétron deixar o átomo, é significativamente mais rápido. Esta mudança resultante nas propriedades ópticas pode atuar como o obturador rápido necessário para medir os pulsos de FEL. "