Informatie voor de pers. Vrije Universiteit Amsterdam.
20/10/2003
---
VU-fysici verkennen de grenzen van ultraviolet laserlicht
In het Lasercentrum Vrije Universiteit ( LCVU) zijn onderzoekers
erin geslaagd laserstraling te produceren met golflengtes tussen 40 en
100 nm met hoge spectrale zuiverheid. Dit "nieuwe", extreme licht is
bij uitstek geschikt voor de studie van absorptie-eigenschappen van
moleculen. Het onderzoek is in het recente oktober nummer van Physical
Review Letters gepubliceerd.
Extreem ultraviolet
Het elektromagnetische spectrum strekt zich uit van radiogolven (zeer
lange golflengtes) tot de röntgenstralen (zeer korte golflengtes).
Daartussen ligt het domein van het verre infrarood, het nabije
infrarood, zichtbaar licht, ultraviolet, en het extreme ultraviolet.
waar het bij zichtbaar licht gaat om golflengtes tussen 400 nm (nm =
nanometer, 10^-9 meter, of een miljardste meter) en 750 nm (van blauw
naar rood), gaat het bij extreem ultraviolet om golflengtes tussen 30
en 100 nm. Extreem ultraviolette straling, ook wel aangeduid als XUV,
is dus een vorm van licht, maar onzichtbaar voor het menselijk oog. Er
bestaan geen venstermaterialen voor XUV-licht, en bovendien is de
atmosfeer (lucht) niet transparant voor deze korte golflengtes. Om die
reden moet het licht geproduceerd worden in een vacuüm opstelling, en
ook daarbinnen gemeten worden; alle toepassingen moeten ook in
dezelfde vacuüm opstelling plaatsvinden, omdat het licht niet naar
buiten getransporteerd kan worden.
XUV-lasers
Extreem ultraviolette straling wordt opgewekt via het proces van
harmonische conversie, waarbij intense en korte laserpulsen met een
lens worden gefocusseerd in een gaswolkje (in dit geval Argon of
Krypton gas). In het focus ontstaat er dan een enorm hoge
lichtintensiteit (10^13 W/cm2; 10000 MegaWatt per vierkante
centimeter), waardoor een elektron uit het atoom wordt geslingerd; dat
elektron wordt dan versneld in het elektromagnetische veld (=licht) en
komt daarna weer in botsing met het geladen atoom, waarna de straling
wordt uitgezonden. Natuurkundige symmetrie- en behoudswetten dicteren
dan dat het extreme ultraviolette licht wordt uitgezonden in fase en
in lichtstraal, die zich voortplant in voorwaartse richting; verder is
het licht zeer coherent (spectraal zuiver) en de golflengtes zijn
exacte harmonischen van de inkomende golflengte van de gebruikte
laser. Zo is bijvoorbeeld de 19^e harmonische geproduceerd van een
laser bij 780 nm en dat geeft licht bij 41 nm (780 gedeeld door 19).
Het proces van hoge-harmonische generatie is reeds bekend en wordt in
Nederland ook toegepast op het FOM-instituut voor Atoom- en
Molekuul-Fysika, maar het speciale van het nu bereikte resultaat ligt
in de spectrale zuiverheid: de bandbreedte van het geproduceerde licht
is een-honderd-duizendste van de golflengte. Een tweede bijzonderheid
van de VU-laser is dat de golflengte in kleine stapjes verstemd kan
worden.
SBS-compressor
Een speciaal onderdeel van de laseropstelling is de zogeheten
SBS-pulscompressor. Een intense laserpuls met een duur van 6 ns
(nanoseconden) wordt daarbij omgezet in een puls van 300 ps
(picoseconden); die puls is daarmee een factor 20 korter geworden en
als gevolg daarvan is de lichtintensiteit in het focus een factor 20
hoger. Dat is een cruciale stap gebleken bij het bereikte resultaat.
Toepassingen
Het zo geproduceerde XUV-licht kan worden toegepast voor studie van
absorptie-eigenschappen van moleculen. Zo wordt er op dit moment in
het Lasercentrum VU onderzoek verricht aan de absorptie van XUV-licht
door stikstof moleculen (N ). Daarmee wordt een laboratoriumsituatie
geschapen waarmee de inval van door de zon uitgestraalde XUV-straling
wordt geabsorbeerd in hoge lagen van de aardse atmosfeer (op 100-150
km hoogte in de ionosfeer). Vooral de golflengte-verstembaarheid van
de XUV-lasers is daarbij van groot belang, want het blijkt dat de
absorptie door stikstof, en ook zuurstof moleculen, sterk van de
golflengte afhankelijk is. Voor de verdere toekomst zou de XUV-laser
ook kunnen worden aangewend in lithografie, dat wil zeggen bij de
chipsfabricage; het "schrijven" van steeds kleinere structuren vergt
steeds kortere golflengtes. De lichtintensiteit, die bereikt is bij de
nieuwe laser is echter nog verre van onvoldoende voor deze toepassing.
Onderzoekers
De experimenten zijn uitgevoerd door Fernando Brandi, een Italiaanse
promovendus in dienst als AIO in het Lasercentrum VU, en door dr.
Dragomir Neshev, een Bulgaarse post-doc die met een Marie-Curie
postdoc-beurs (van de Europese Unie) anderhalf jaar in Amsterdam
verbleef, en prof. Wim Ubachs, verbonden aan het Lasercentrum VU en
als deeltijdhoogleraar aan de TU Eindhoven. Dr. Neshev is inmiddels
werkzaam op de Australian National University in de Australische
hoofdstad Canberra.
Voor meer informatie: prof. Wim Ubachs, Laser Centrum Vrije
Universiteit; tel: (020) 444 7948,
email: wimu@nat.vu.nl en websites: www.nat.vu.nl/~wimu en
www.nat.vu.nl/~laser
Het artikel staat in elektronische vorm op de website van PRL .
---
2003-10-20 / pb 3.063.0 / as/
References
1. http://www.nat.vu.nl/~laser/
2. mailto:wimu@nat.vu.nl
3. http://www.nat.vu.nl/~wimu
4. http://www.nat.vu.nl/~wimu
5. http://prl.aps.org/
Voor meer informatie over promoties, oraties en alle overige activiteiten
die vermeld staan in dit e-mailbericht, kunt u terecht bij de dienst Communicatie,
e-mail: communicatie@dienst.vu.nl, http://www.vu.nl of tel. (020) 444 5666.
Vrije Universiteit Amsterdam