Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie aus sichtbaren Laserstrahlen Röntgenstrahlung wird

19.04.2010
Physiker der Universität Jena weisen den Weg für eine neue Klasse von kohärenten Röntgenlasern / Forschungsergebnisse erscheinen in renommiertem Journal "Nature Physics"

Sei es die Zielankunft eines Formel-1-Rennens oder der Flügelschlag eines Kolibris - um schnelle Bewegungen auf ein Foto zu bannen, braucht es sehr kurze Belichtungszeiten. Das gilt nicht nur für die Fotografie sondern auch für wissenschaftliche Untersuchungsmethoden etwa die zeitaufgelöste Laserspektroskopie.

"Mit ultrakurzen Laserpulsen lassen sich extrem schnelle Phänomene, etwa Schwingungen innerhalb von Molekülen und Atomen darstellen", weiß Prof. Dr. Christian Spielmann von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Da es sich um sehr kleine Materiestrukturen handelt, müssen die Laserpulse zudem sehr kurzwellig sein", so der Inhaber des Lehrstuhls für Quantenelektronik.

Für die Untersuchung hochgeladener Ionen beispielsweise, mit denen sich der Physiker der Jenaer Uni gemeinsam mit Kollegen der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt beschäftigt, ist Laserlicht aus dem Bereich der Röntgenstrahlung nötig. "Bisher ließ sich Laserlicht im Bereich der Röntgenstrahlung allerdings nur schwer mit für spektroskopische Untersuchungen ausreichender Intensität erzeugen", so Prof. Spielmann. Außerdem sei das Spektrum verfügbarer Röntgenlaser auf wenige Wellenlängen beschränkt. Der Physiker und sein Team von der Uni Jena haben jetzt gemeinsam mit Kollegen der GSI Darmstadt eine Methode entwickelt, wie sich Röntgenstrahlung soweit verstärken lässt, dass sie in einem kohärenten Strahl - ähnlich einem Laser - emittiert wird. Das renommierte Wissenschaftsjournal "Nature Physics" hat die Forschungsergebnisse soeben auf seiner Website veröffentlicht (http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys1638.html), bevor sie auch in einer der nächsten Printausgaben des Magazins erscheinen werden.

Ausgangspunkt für die Erzeugung intensiver Röntgenstrahlung ist Laserlicht aus dem sichtbaren Spektrum. "Dieses fokussieren wir in einem Strahl aus Argon-Gas, wobei sogenannte ,hohe harmonische Strahlung' entsteht und die sichtbare Laserstrahlung in den Röntgenbereich verschoben wird", erläutert Dr. Jozsef Seres, Forscher in Prof. Spielmanns Team, ein bereits länger bekanntes Phänomen. Allerdings galt der Umwandlungsgrad von sichtbarem Laserlicht in Röntgenstrahlung bisher als gering.

In ihren Experimenten haben Prof. Spielmann und seine Kollegen nun den Gasdruck des Argonstrahls sukzessive erhöht und den Umwandlungsgrad des Laserlichts in Röntgenstrahlung gemessen. Wie erwartet, stieg die Intensität der Röntgenstrahlung mit dem wachsenden Gasdruck an. In einzelnen Spektralbereichen haben die Physiker aber ein viel stärkeres Anwachsen beobachtet, als theoretisch zu erwarten war. "Diese Zunahme deutet auf eine sogenannte ,parametrische' Verstärkung hin", so der Jenaer Laserexperte Spielmann.

Um ihre Experimente erklären zu können, haben die Autoren ein theoretisches Modell entwickelt, dass beschreibt, unter welchen Umständen Röntgenstrahlung parametrisch verstärkt werden kann: Ein Laser wird in einen Gasstrahl fokussiert und erzeugt zum einen die "hohe harmonische" Strahlung. "Gleichzeitig präpariert der Laserstrahl aber auch die Gasatome in einer Weise, dass sie in der Lage sind, einfallendes Licht zu verstärken, ähnlich wie in einem Laser", so Seres. Damit sei es möglich, intensives Röntgenlicht in einem weiten Spektralbereich zu erzeugen. Mit ihrer nun veröffentlichten Methode, so die Jenaer Physiker, wird es in Zukunft möglich sein, eine neue Klasse von Röntgenquellen zu entwickeln, die energetische Röntgenpulse in einem weiten Spektralbereich und in einem kohärenten Strahl emittieren.

Originalpublikation:
Seres J., Seres E., Hochhaus D., Ecker B., Zimmer D., Begnoud V., Kuehl T., Spielmann C.: Laser-driven amplification of soft X-rays by parametric stimulated emission in neutral gases. Nature Physics, Published online: 18 April 2010, doi:10.1038/nphys1638
Kontakt:
Prof. Dr. Christian Spielmann
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1
07743 Jena
Tel.: 03641 / 947230
E-Mail: christian.spielmann[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys1638.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften