Op VU staat een opstelling waarmee zeer korte krachtige lichtpulsen kunnen worden gemaakt. Het is de bedoeling om met deze pulsen nog kortere röntgenpulsen op te wekken. Je mag het beschouwen als een superstroboscoop, snel genoeg voor de snelste fenomenen die er bestaan. Er kan dan met dit röntgenlicht heel precies worden 'bekeken' hoe moleculen stap voor stap van vorm veranderen. Dat is belangrijk als je bijvoorbeeld de biologische functies van moleculen in het netvlies van je oog wilt bestuderen. Die veranderen in femtoseconden van vorm als ze het licht opvangen dat je oog binnenkomt en geven vervolgens een signaal af naar je hersenen, zodat je kunt zien.
Optellen van frequenties
Om met de onderzoekslaser smalle pulsen op te wekken wordt gebruik gemaakt van een bijzondere techniek. Hoe meer frequenties je bij elkaar optelt, hoe smaller de resulterende puls wordt! Je moet dan wel zorgen voor de juiste verhouding van die frequenties en de juiste fase.
Fourieranalyse. Eigenlijk maak je bij het vormen van de puls gebruik van de fourieranalyse. In het intermezzo De periodieke functie ontleed, de fourier analyse wordt uitgelegd hoe een periodieke functie samengesteld wordt uit eenvoudige sinusfuncties.
Staande golven in een laser
In een laser vindt resonantie plaats: er ontstaan staande golven tussen de spiegelende oppervlakken van de laser. Net zoals bij staande golven in een koord zijn er meer golflengtes mogelijk: een veelvoud van de grondfrequentie.
Dus als je heel veel modes opwekt met de juiste frequentieverhouding, kun je een erg smalle puls opwekken. Met de volgende applet kun je steeds meer modes toevoegen. De snelheid van de animatie kun je regelen met de schuif aan de rechterkant. Elke kleur vertegenwoordigt een bepaalde golflengte: rood betekent ongeveer 800 nm, violet ongeveer 400 nm. De opgetelde modes laten zien dat de opgewekte puls steeds smaller wordt, maar de puls is niet bepaald stabiel. De oorzaak daarvan is de fase van de verschillende golven, die is steeds weer anders.
En met deze applet kun je het aantal modes nog veel groter maken. Je ziet dat het belangrijk is dat ook de fase (zeg maar het startpunt van alle golven) goed overeenkomt. Alléén als je de modes lockt, tellen de golven op tot een stabiele smalle puls.
In de laser op het VU Laser Centre is wel sprake van duizenden modes. Daarmee kunnen ze die ultrakorte pulsen van 5 femtoseconden bereiken. In het lab is een proefopstelling gemaakt met enkele functiegeneratoren: de Rubidium atoomklok wordt als referentie gebruikt op 10 MHz. Elke generator wordt telkens 0,2 MHz hoger gezet. In de animatie wordt er dan een "mode" bijgeschakeld door de tweede en derde generator ook aan te zetten met steeds een hogere frequentie.
Wil je meer weten over femtolasers? Klik dan hier.
