Il laser infrarosso a elettroni liberi funziona per la prima volta in modalità a due colori

Recentemente, il Fritz Haber Institute (FHI) della Max Planck Society di Berlino, in Germania, ha raggiunto una pietra miliare tecnologica: la prima volta che un laser infrarosso a elettroni liberi ha funzionato in modalità a due colori.
Questa innovazione tecnologica leader a livello mondiale rende possibili esperimenti simultanei con impulsi laser a due colori e apre nuove possibilità per applicazioni come lo studio dei processi temporali nei solidi e nelle molecole.
Attualmente, in tutto il mondo sono disponibili circa una dozzina di laser a elettroni liberi, che variano ampiamente in termini di dimensioni (da pochi metri a pochi chilometri), gamma di lunghezze d'onda (dalle microonde ai raggi X duri) e costi (da milioni a più di 10 chilometri). un miliardo). Hanno però una caratteristica comune: producono tutti impulsi di radiazioni intensi e brevi.
Negli ultimi decenni, i laser a elettroni liberi sono diventati un’importante fonte di radiazioni e sono ampiamente utilizzati nella ricerca di base e nella scienza applicata.
È noto che i ricercatori del Fritz Haber Institute (FHI), insieme a partner negli Stati Uniti, hanno sviluppato un nuovo metodo in grado di generare simultaneamente impulsi infrarossi di due colori diversi.
La realizzazione di questa tecnologia è ingegnosa: in un flusso di fasci di elettroni liberi, i fasci di elettroni vengono prima accelerati da un pedale del gas elettronico per raggiungere energie cinetiche estremamente elevate prossime alla velocità della luce. Successivamente, questi elettroni ad alta velocità passano attraverso un fluttuatore e vengono forzati in un percorso simile a quello di un ciclotrone da un forte campo magnetico con cambiamenti periodici di polarità.
L'azione oscillante degli elettroni provoca l'emissione di radiazioni elettromagnetiche, la cui lunghezza d'onda può essere controllata con precisione regolando l'energia degli elettroni o l'intensità del campo magnetico. Per questo motivo, i laser a elettroni liberi (FEL) sono in grado di generare radiazioni simili a laser in quasi tutte le parti dello spettro elettromagnetico, coprendo un’ampia gamma dai lunghi terahertz alle corte lunghezze d’onda dei raggi X.
Dal 2012, i FEL di FHI funzionano stabilmente, producendo un'intensa radiazione pulsata con lunghezze d'onda continuamente sintonizzabili nella gamma del medio infrarosso (MIR), da 2,8 micron a 50 micron. Negli ultimi anni, gli scienziati e gli ingegneri della FHI hanno lavorato su un'estensione bicolore, installando con successo un secondo ramo del FEL per produrre radiazioni nel lontano infrarosso (FIR) a lunghezze d'onda comprese tra 5 e 170 micron.
Questa innovazione non solo amplia la gamma di applicazioni dei FEL, ma apre anche nuove strade per il loro sviluppo nel campo della ricerca scientifica.