Entwicklung einer brechenden Plasmalinse zum Fokussieren von Attosekundenstrahlen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Attosekunden-Wissenschaft bietet einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung von Elektronendynamiken auf extrem kurzen Zeitskalen. Um Pump-Probe-Experimente durchführen zu können, ist es essenziell, Attosekundenpulse zu fokussieren – eine herausfordernde Aufgabe. Transmittive Optiken aus herkömmlichen Materialien sind ungeeignet, da die Pulse beim Durchgang durch diese Materialien eine starke Dispersion erfahren würden. Darüber hinaus werden Attosekundenpulse typischerweise im extremen Ultraviolett (XUV) oder Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugt, in dem Materie stark absorbierend ist. Reflektierende Spiegel, die als Alternative zur Fokussierung von Attosekundenpulsen eingesetzt werden, haben den Nachteil, dass sie in diesen Spektralbereichen hohe Reflexionsverluste aufweisen. Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben wir die Verwendung einer Plasmalinse zur Fokussierung von Attosekundenpulsen vorgeschlagen und demonstriert. Die Plasmalinse überwindet dabei die Limitierungen konventioneller Linsen für die Fokussierung von Attosekundenpulsen: (i) Durch die vollständige Ionisation eines Wasserstoffplasmas kann die Absorption von XUV-Licht minimiert werden. (ii) Durch die Brechungseffekte freier Elektronen im Plasma können unterschiedliche Fokussiereffekte für verschiedene Wellenlängen von breitbandigen Attosekundenpulsen (bekannt als chromatische Aberrationen) erheblich reduziert werden. Dies führt zudem zu einer minimalen zeitlichen Streckung der Attosekundenpulse durch die Plasmalinse. Dieses Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit Prof. Jens Osterhoff und seinem Nachfolger Dr. Jonathan Christopher Wood am DESY in Hamburg durchgeführt, die eine Kapillarentladungs-Quelle entwickelt haben, um ein Plasma mit den erforderlichen Eigenschaften zu erzeugen. Die Experimente zur Attosekunden-Plasmalinse wurden am Max-Born-Institut in Berlin durchgeführt. Dabei wurde die Fokussierung von Attosekundenpulsen mit Photonenergien von 20 eV und 80 eV demonstriert. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die nahinfraroten (NIR) Treiberpulse, die zur Erzeugung der Attosekundenpulse verwendet wurden, durch die Plasmalinse effektiv defokussiert wurden. Dadurch könnten in Zukunft ultradünne Metallfilter, die üblicherweise zur Blockierung der NIR-Pulse eingesetzt werden, überflüssig werden. Dies könnte die Leistung der Attosekundenpulse substanziell erhöhen und verbesserte Möglichkeiten zur Untersuchung ultraschneller Elektronendynamik bieten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Attosecond plasma lens”, peer-reviewed conference contribution at ATTO X in Lund, Sweden (2025)
E. Svirplys, H. Jones, G. Loisch, J. Thomas, M. Huck, O. Kornilov, J. M. Garland, J. C. Wood, M. J. J. Vrakking, J. Osterhoff & B. Schütte
