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Dipartimento di Fisica - Politecnico di Milano

"Reaction Microscope" ad attosecondi

Laser system

Il sistema laser utilizzato nel laboratorio Attosecond Reaction Microscope è un laser a titanio-zaffiro operante con una cadenza di ripetizione di 10 kHz ed un'energia per impulso di 2 mJ. Il sistema laser presenta una sistema di stabilizzazione della fase assoluta degli impulsi laser (carrier-envelope-phase CEP). Impulsi successivi sono quindi caratterizzati dallo stesso andamento del campo elettrico. Il sistema di stabilizzazione utilizzato nel laboratorio è stato sviluppato in collaborazione con la ditta Amplitude Technologies and con il gruppo di ricerca di CEA-Saclay in Francia (la tecnica innovativa è presentata in questa pubblicazione: Optics Express, Vol. 21, Issue 21, pp. 25248-25256 (2013))

Attosecond Reaction Microscope Laboratory


La stabilizzazione in fase assoluta consente di realizzare esperimenti sensibili all'andamento preciso del campo elettrico e di ottenere impulsi isolati ad attosecondi.

In collaborazione con il gruppo della Friedrich Schiller University, Jena in Germania, gli impulsi sono stati compressi fino ad una durata di 4.5 fs ed energie di 1 mJ. Nell'ambito della collaborazione è stato installato presso il laboratorio un Carrier-envelope-phase meter che consente di ottimizzare la durata e la stabilità di fase degli impulsi utilizzati per gli esperimenti.

Per una descrizione del nostro laboratorio:

http://www.youtube.com/watch?v=i6Pd4UMcEcY

 

                                                                                                         Attosecond Reaction Microscope Laboratory


Reaction Microscope

Il Reaction Microscope consente di caratterizzare in modo completo reazioni atomiche e molecolari misurando la distribuzione dei momenti delle particelle cariche emesse in un processo di fotoionizzazione e/o fotodissociazione iniziato da un impulso di radiazione infrarossa (IR) o ultravioletta (XUV).

Il Reaction Microscope è stato realizzato in collaborazione con il gruppo del Prof. Ullrich presso il Max-Planck-Institut di Heidelberg in Germania http://www.mpi-hd.mpg.de/ullrich/

Il Reaction Microscope consente di realizzare sofisticate analisi di correlazione elettronica ovvero di come l'interazione tra gli elettroni influenzi i processi di fotoionizzazione e fotodissociazione e decadimenti atomici (ad esempio decadimento Auger, risonanze di Fano, etc.) o molecolari (ad esempio in molecole piccole quali idrogeno)

 
 
 
 
                                                  
 
               Photoelectron angular distribution measured in                                        Reaction Microscope
                      Krypton using the Reaction Microscope

Temporal characterization of attosecond pulses

La caratterizzazione temporale di impulsi ad attosecondi richiede complesse tecniche basate sulla misura di un segnale di fotoelettroni emessi dall'assorbimento di un singolo fotone dell'impulso ad attosecondi in presenza di un intenso campo infrarosso. Una volta emesso nel continuo il singolo elettrone viene accelerato e decelerato a causa delle oscillazioni del campo elettrico infrarosso; alla fine dell'impulso il momento finale del fotoelettrone sarà data da:

p=mvin+A(t0) dove vin indica la velocità iniziale del fotoelettrone all'istante di ionizzazione t0 e A(t0) indica il valore del potenziale vettore all'istante di ionizzazione. Al variare del ritardo relativo tra l'impulso infrarosso e l'impulso ad attosecondi, la distribuzione in momento dei fotoelettroni oscilla come mostrato in figura. Le oscillazioni della traccia corrispondono alle oscillazioni del campo elettrico nella region del vicino infrarosso (periodo T=2.6 fs corrispondente ad una lunghezza d'onda della radiazione λ=800 nm).

Dalle tracce di streaking è anche possibile ricavare informazioni sulla fase assoluta dell'impulso isolato ad attosecondi come recentemente dimostrato nella pubblicazione:                    

"Carrier-Envelope Phase Effects of a Single Attosecond Pulse in Two-Color Photoionization" Phys. Rev. Lett. 111, 123901 (2013).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Effetto della CEP di un impulso isolato ad attosecondi nello spettro         Streaking di un impulso ad attosecondi isolato

di fotoelettroni nella ionizzazione a due colori (XUV+IR)


Esperimenti al FEL FERMI@ELETTRA Trieste

FERMI è il primo laser ad elettroni liberi (FELs) operante presso il sincrotrone ELETTRA a Trieste . Rispetto agli altri FELs operanti nel mondo (FLASH ad Amburgo, LCLS a Stanford), FERMI è un laser seeded. L'azione laser avviene quindi attraverso l'amplificazione di un impulso di partenza generato come terza armonica della radiazione di un laser a titanio-zaffiro. Il seeding consente di ottenere una migliore stabilità in intensità (circa 10-15%) ed un'elevata risoluzione spettrale (circa 30 meV). FERMI è l'unico FEL al mondo la cui lunghezza d'onda può essere variata con continuità nel range tra i 19 ed i 62 eV. La tunabilità di FERMI si ottiene tunando la lunghezza d'onda del laser di seeding nel range spettrale ultravioletto. Il gruppo di ricerca è stato impegnato per quattro beamtimes sulla linea di luce "Low Density Matter" (LDM) a FERMI dal Dicembre 2012 ad Aprile 2014. Il prossimo beamtime previsto in Dicembre 2014 sarà focalizzato sulla sintesi coerente di luce XUV a diverse frequence per il controllo del processo di fotoionizzazione.
Per una descrizione del principio di funzionamento di un FEL si può consultare il link:

http://www.youtube.com/watch?v=JKjoh3DItNE

                                                                                                                      XUV FEL "FERMI", Trieste