A pumpa–próba kísérleteknél különösen precízen kell beállítani a késleltetést. Attoszekundumos időskálán lezajló folyamatok esetén a késleltetés beállításának is attoszekundumos pontosságúnak kell lennie, ami komoly technikai és tudományos kihívást jelent. Különösen igaz ez a nagy teljesítményű lézereket alkalmazó nyalábvonalak esetén, amelyeknél jelentős hőterhelés éri a nagyrészt vákuumban elhelyezett optikai elrendezést. Ezen hőhatások (például a hőtágulás) rendkívül nehézzé teszik a pumpa–próba interferométerek több méteres karjai közti úthosszkülönbség nanométeres precizitású stabilan tartását.
„Azt hittük, hogy a megfelelő úthosszak – és ezáltal a pumpa–próba késleltetés – beállításának legnagyobb akadályai a (mikro)rezgések lesznek, de kiderült, hogy másra kell figyelni. Nagyon nagy átlagteljesítményű lézerrel dolgozunk, és hiába használunk nagy visszaverő képességű tükröket a nyaláb terelésére, a fény egy része elnyelődik, ami felmelegíti azokat. Vákuumban azonban nincs, ami elvezesse ezt a hőt, ezért a tükör tágul. Ez a tágulás módosíthatja a nyaláb útját” – tájékoztatott Major Balázs tudományos főmunkatársunk, az ELI ALPS HR Attoforrások csoportjának vezetője, az APL Photonics tudományos folyóiratban megjelent közlemény egyik szerzője.
A nagy átlagteljesítmény miatt a nyalábutakat összehangoló új módszerre volt szükség. Olyan megoldás kellett, ami nagy pontossággal méri a pumpa–próba késleltetést, de közben nem akadályozza a fő kísérletet. Általánosságban elmondható, hogy az aktív stabilizáló módszerek alapja a késleltetés változásának mérése, majd a nyalábút hosszának ennek megfelelő módosítása. A késleltetés mérésére mi egy polarizációérzékeny módszert fejlesztettünk ki. Ez az aktív visszacsatolás bármilyen változást képes kompenzálni.
„Az ELI ALPS-ban egy olyan aktív visszacsatolású, pumpa–próba késleltetést stabilan tartó interferométert építettünk, ami képes 80 attoszekundum pontossággal működni akár 70 órán keresztül” – ismertette a HR Gas nyalábvonalon elért eredményt Major Balázs, aki szerint ezzel a megoldással a nagy átlagteljesítményű lézerrel működtetett attoszekundumos nyalábvonalban is nagy precizitással stabilan tartható a késleltetés. A tükrök hőtágulása megmarad, de a torzító hatást kiküszöböljük.
Major Balázs szerint ez az eljárás az ELI-ben minden olyan kísérletnél alkalmazható, ahol attoszekundumos pumpa–próba mérésekre van szükség. Fizikusunk kiemelte, hogy a módszer a világon bárhol sikeresen alkalmazható, függetlenül a használt lézer átlagos teljesítményétől.
„Ez az eredmény nagyon sok olyan kísérletet tesz lehetővé, ami eddig nem volt megvalósítható, vagy csak jelentős kompromisszumok árán végezhettük el. Eddig kevésbé jó, illetve kissé zajos adatokat kaptunk. Ezzel a fejlesztéssel, kutatási eredménnyel a lézereink sokkal csábítóbbak lettek a felhasználók számára” – értékelte az eredményt tudományos főmunkatársunk.
A publikációt az APL Photonics különszámába küldték be kollégáink. A szerkesztők döntése volt, hogy ezt az eredményt a címlapon is kiemelték.
Fotók: Balázs Gábor