Gần đây,Viện Fritz Haber (FHI)của Hiệp hội Max Planck ở Berlin, Đức, đã đạt được một cột mốc công nghệ - hoạt động đầu tiên của tia laser điện tử tự do hồng ngoại ở chế độ hai màu.
Sự đổi mới công nghệ hàng đầu thế giới này giúp các thí nghiệm xung laser hai màu đồng thời có thể thực hiện được và mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng như nghiên cứu các quá trình thời gian trong chất rắn và phân tử.
Hiện nay, có khoảng chục tia laser điện tử tự do có sẵn trên toàn thế giới, chúng có kích thước khác nhau (từ vài mét đến vài km), dải bước sóng (từ vi sóng đến tia X cứng) và chi phí (từ hàng triệu đến hơn một tỷ). Tuy nhiên, chúng có chung một đặc điểm: đều tạo ra các xung bức xạ cường độ cao và ngắn.
Trong những thập kỷ gần đây, laser điện tử tự do đã trở thành nguồn bức xạ quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu cơ bản và khoa học ứng dụng.
Được biết, các nhà nghiên cứu tại Viện Fritz Haber (FHI) cùng với các đối tác ở Hoa Kỳ đã phát triển một phương pháp mới có khả năng tạo ra các xung hồng ngoại có hai màu khác nhau cùng một lúc.
Việc hiện thực hóa công nghệ này thật khéo léo: Trong dòng chùm tia điện tử tự do, các chùm tia điện tử trước tiên được tăng tốc bằng bàn đạp khí điện tử để đạt động năng cực cao gần bằng tốc độ ánh sáng. Sau đó, những electron tốc độ cao này đi qua một bộ dao động và bị ép vào một đường giống như cyclotron do tác động của một từ trường mạnh có cực thay đổi định kỳ.
Hoạt động dao động của các electron dẫn đến sự phát xạ bức xạ điện từ, bước sóng của bức xạ này có thể được điều khiển chính xác bằng cách điều chỉnh năng lượng của electron hoặc cường độ của từ trường. Do đó, laser điện tử tự do (FEL) có khả năng tạo ra bức xạ giống laser ở hầu hết các phần của phổ điện từ, bao phủ một phạm vi rộng từ bước sóng dài terahertz đến bước sóng tia X ngắn.
Kể từ năm 2012, FEL của FHI đã hoạt động ổn định, tạo ra bức xạ xung cường độ cao với bước sóng có thể điều chỉnh liên tục trong phạm vi hồng ngoại giữa (MIR), từ 2,8 micron đến 50 micron. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học và kỹ sư của FHI đã nghiên cứu phần mở rộng hai màu, lắp đặt thành công nhánh thứ hai của FEL để tạo ra bức xạ hồng ngoại xa (FIR) ở bước sóng từ 5 đến 170 micron.
Sự đổi mới này không chỉ mở rộng phạm vi ứng dụng của FEL mà còn mở ra những con đường mới cho sự phát triển của chúng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học.
