Без таких ультракоротких импульсов — а это означает длительность миллионных миллиардных долей секунды (фемтосекунд) — измерения ограничиваются анализом молекулярных взаимодействий до и после. Шесть различных конечных станций будут доступны для ученых со всего мира для проведения экспериментов с использованием луча XFEL, когда он будет полностью функционировать в 2017 году.
Для проведения этих измерений исследовательская группа разработала мощный импульсный оптический лазер, который синхронизируется с импульсами XFEL и настраивается как по длине волны, так и по длительности импульса, чтобы удовлетворить потребности каждого из шести различных проводимых экспериментов. Характеристики этой универсальной оптической лазерной системы будут опубликованы в статье журнала Optics Express от The Optical Society (OSA).
«Настоящая уникальность нашего лазера заключается в том, что он соответствует импульсной диаграмме излучения европейского XFEL», — сказал Макс Дж. Ледерер, ведущий научный сотрудник, XFEL. "Таким образом, это позволяет проводить эксперименты с максимально возможной частотой следования импульсов XFEL с параметрами оптического импульса (энергия, длительность импульса), доступными только при низкой частоте повторения из систем Ti: Sapphire."
В наши дни найти оптический лазер, способный генерировать ультракороткие импульсы для исследований, такой как титан-сапфировый (Ti: Sapph) лазер, несложно.
Но найти такой лазер, который мог бы соответствовать характеристикам мощности и времени шести экспериментов XFEL, сложно. «Другими словами, большое значение имеют высокая частота повторения и средняя мощность во время пакетов», — сказал Ледерер.
Но зачем предприятию, построенному для размещения одного из самых больших и современных лазеров, нужен еще один лазер?? Фактически, эта дополнительная лазерная система является неотъемлемой частью выполнения запланированных измерений в атомном масштабе.
Оптические лазерные импульсы служат для подготовки образцов, используя взаимодействие с ним в качестве первого шага, в некотором смысле в качестве контроля, перед использованием рентгеновского импульса для зондирования и исследования неизвестной динамики. Это в основном "накачивающая" часть экспериментов "накачка-зонд", для выполнения которых предназначен лазер.
"Лазерная система [построена] для удовлетворения потребности в экспериментальном оптическом лазере с накачкой и зондом, синхронизированном и адаптированном к диаграмме излучения европейского XFEL.
Лазер обычно активирует образцы с последующим зондированием рентгеновскими импульсами », — сказал Ледерер.
Необходимость в настройке лазера накачки исходит от каждой из шести научных станций, на которых проводятся различные эксперименты по исследованию различных типов образцов и фаз вещества.
Оптический лазер обеспечивает эту возможность настройки с помощью ряда оптических методов, которые используют взаимодействие света и вещества, чтобы в результате получить точную энергию и синхронизацию необходимых импульсов.
Один из примеров такого процесса называется параметрическим преобразованием, которое относится к преобразованию одной частицы света в две частицы с половиной энергии, или наоборот. «Для повышения экспериментальной гибкости спектральный диапазон от УФ до ТГц будет доступен за счет параметрического преобразования и схем генерации ТГц», — сказал Ледерер.
Установка первого лазера уже началась, и Ледерер и его команда надеются на захватывающие возможности объекта. Ледерер сказал: «Мы, конечно, стремимся уложиться в срок, чтобы доставить« первый фотон »вместе с XFEL. Лично я очень хочу, чтобы в будущем лазер использовался в как можно большем количестве научных открытий."