Laser se spojitým spektrem

Intenzivní pulsy laserového světla směřují do komůrky, která obsahuje plyn o vysokému tlaku.Foto: Tenio Popmintchev, JILA, University of Colorado at Boulder

Díky stolnímu zařízení vědci mohou zkoumat děje v oblasti molekul. Pro tyto účely se dosud využívaly rozměrné urychlovače.

Současné lasery poskytují tzv. koherentní světlo, jehož barva je navíc striktně vymezena. Jedná se prakticky o jednobarevné světlo, neboli světlo úzce monochromatické. Na Coloradské universitě v Boulderu ale poprvé v historii vyvinuli zdroj koherentního světla, který najednou generuje celé spojité spektrum barev čili vlnových délek elektromagnetického záření. Tento přístroj se navíc vejde na stůl. 

Co je koherentní světlo? 

Koherentní světlo se velmi liší od běžného světla, kterým nás osvětluje Slunce nebo které si vyrábíme pomocí žárovek. V obou případech je světlo produktem chaotických tepelných procesů a srážek za účasti atomů nebo částic. Tomu odpovídají i neuspořádané vlastnosti výsledného světla. Koherence je poměrně složitý optický jev, ale pro jednoduchost si můžeme koherentní světlo a jeho fotony představit jako vlnky stejného tvaru srovnané stejným směrem, tyto vlnky navíc mají stejnou četnost i fázi. Koherentní světlo je tedy uspořádané a vyladěné. 

Nahradí speciální urychlovač 

Výzkumníci na Coloradské universitě v Boulderu připravili zdroj koherentního světla, který pokrývá celou oblast záření od ultrafialového světla až po rentgenovou oblast. Výzkumníci nasměrovali krátké a intenzivní pulsy původně infračerveného laserového světla do komůrky, která obsahuje plyn o vysokému tlaku. Z tohoto generátoru pak ven vycházejí mj. koherentní rentgenové záblesky, které vědci mohou využít např. při zkoumání velmi malých a velmi rychlých dějů v oblasti molekul, iontů a atomů. Pro tyto účely se dosud využívaly rozměrné urychlovače, které pracovaly v módu tzv. laserů s volnými elektrony. Takové urychlovače jsou samozřejmě nesrovnatelně větší než stolní zařízení.

Vyšší harmonické tóny 

Plyn, který je ionizovaný laserem, začne kromě původní frekvence laseru produkovat také záření o výrazně vyšších frekvencích, než jaké do komůrky vstoupilo. Vědci tento proces objasňují pomocí analogie s prudkým úderem do struny na hudebním nástroji. Zde se struna rozkmitá nejen v rytmu své základní frekvence, ale začne vydávat i tzv. vyšší harmonické tóny, jejich frekvence je násobkem frekvence základní. 

Při dosavadních podobných pokusech se laserové světlo s vyššími frekvencemi sice také objevovalo, bylo ale slabé. Často se totiž fotony, které pocházely z různých atomů, svou vzájemnou interferencí vyrušily. Úspěchem vědců z Coloradské university je produkování takového vysokoenergetického světla s dostatečnou intenzitou v procesu, který je zcela odladěný. 

Zdroj: PhysOrg