Πρόσφατα, τοΙνστιτούτο Fritz Haber (FHI)της Εταιρείας Max Planck στο Βερολίνο της Γερμανίας, πέτυχε ένα τεχνολογικό ορόσημο - την πρώτη λειτουργία ενός υπέρυθρου λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων σε λειτουργία δύο χρωμάτων.
Αυτή η κορυφαία στον κόσμο τεχνολογική καινοτομία καθιστά δυνατά ταυτόχρονα πειράματα παλμών λέιζερ δύο χρωμάτων και ανοίγει νέες δυνατότητες για εφαρμογές όπως η μελέτη των διαδικασιών του χρόνου σε στερεά και μόρια.
Επί του παρόντος, υπάρχουν περίπου δώδεκα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων διαθέσιμα παγκοσμίως, τα οποία ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό σε μέγεθος (από λίγα μέτρα έως λίγα χιλιόμετρα), εύρος μήκους κύματος (από μικροκύματα έως σκληρές ακτίνες Χ) και κόστος (από εκατομμύρια σε περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο). Ωστόσο, μοιράζονται ένα κοινό χαρακτηριστικό: όλα παράγουν έντονους και σύντομους παλμούς ακτινοβολίας.
Τις τελευταίες δεκαετίες, τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων έχουν γίνει σημαντική πηγή ακτινοβολίας και χρησιμοποιούνται ευρέως στη βασική έρευνα και την εφαρμοσμένη επιστήμη.
Είναι γνωστό ότι ερευνητές στο Ινστιτούτο Fritz Haber (FHI), μαζί με συνεργάτες στις Ηνωμένες Πολιτείες, έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο που είναι ικανή να παράγει υπέρυθρους παλμούς δύο διαφορετικών χρωμάτων ταυτόχρονα.
Η υλοποίηση αυτής της τεχνολογίας είναι ευφυής: Σε ένα ρεύμα ελεύθερης δέσμης ηλεκτρονίων, οι δέσμες ηλεκτρονίων αρχικά επιταχύνονται από ένα πεντάλ αερίου ηλεκτρονίων για να φτάσουν σε εξαιρετικά υψηλές κινητικές ενέργειες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, αυτά τα ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας περνούν μέσα από έναν αυξομειωτή και εξαναγκάζονται σε μια διαδρομή που μοιάζει με κυκλοτρόνιο από τη δράση ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου με περιοδικά μεταβαλλόμενη πολικότητα.
Η ταλαντευόμενη δράση των ηλεκτρονίων έχει ως αποτέλεσμα την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, το μήκος κύματος της οποίας μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια ρυθμίζοντας είτε την ενέργεια των ηλεκτρονίων είτε την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Εξαιτίας αυτού, τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων (FEL) είναι ικανά να παράγουν ακτινοβολία τύπου λέιζερ σχεδόν σε όλα τα μέρη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα από μεγάλα terahertz έως μικρά μήκη κύματος ακτίνων Χ.
Από το 2012, τα FEL της FHI λειτουργούν σταθερά, παράγοντας έντονη παλμική ακτινοβολία με μήκη κύματος που μπορούν να συντονιστούν συνεχώς στην περιοχή του μεσαίου υπέρυθρου (MIR), από 2,8 μικρά έως 50 μικρά. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί του FHI εργάστηκαν σε μια επέκταση δύο χρωμάτων, εγκαθιστώντας με επιτυχία έναν δεύτερο κλάδο του FEL για την παραγωγή ακτινοβολίας υπερύθρου (FIR) σε μήκη κύματος μεταξύ 5 και 170 microns.
Αυτή η καινοτομία όχι μόνο επεκτείνει το εύρος των εφαρμογών για τα FEL αλλά επίσης ανοίγει νέους δρόμους για την ανάπτυξή τους στον τομέα της επιστημονικής έρευνας.
