Un laser bicolore : l'orchestre infrarouge express
Le laser infrarouge de l'Institut Fritz Haber fonctionne désormais comme un chef d'orchestre avec deux baguettes. Autrefois, il produisait un seul faisceau dans le moyen infrarouge, là où les molécules vibrent. Aujourd'hui, un second oscillateur a été ajouté, qui émet dans l'infrarouge lointain, là où les charpentes moléculaires entières « respirent ».
La spectroscopie adore ces paires : un faisceau casse la liaison hydrogène, l'autre observe la molécule retomber. Pour cela, le faisceau d'électrons de l'accélérateur est divisé en deux flux par une cavité oscillante qui pousse les électrons tantôt à gauche, tantôt à droite, comme un aiguilleur sur une voie ferrée. Chaque flux entre dans son propre laser, et les deux faisceaux sortent strictement en même temps.
Un tel instrument ouvre la voie à des expériences de type « pompe-sonde » : le premier faisceau déclenche un processus dans la matière, le second l'enregistre après des milliardièmes de seconde. Autrefois, il fallait deux lasers différents et une synchronisation complexe. Maintenant, tout se passe dans un même couloir, et l'intervalle entre les impulsions est connu au frisson près.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.16189
We report on the design and performance of a two-color dual-oscillator infrared free-electron laser (FEL). The mid-infrared (MIR) FEL at the Fritz Haber Institute (FHI FEL) has been upgraded to include a second oscillator FEL beamline that permits lasing in the far-infrared (FIR) regime from 4.5 {\mu}m to 175 {\mu}m. In addition, a 500 MHz kicker cavity has been installed downstream of the electron accelerator. It allows to deflect electron bunches of up to 50 MeV energy alternately left and right by an angle of {\pm}2{\deg}. It can, thus, split the high-repetition-rate (1 GHz) electron bunch train from the accelerator into two bunch trains of 500 MHz repetition rate each; one is steered to the MIR FEL and the other one to the new FIR FEL. In this two-color mode of simultaneous, synchronized operation the wavelengths in both FELs can be tuned independently over wide ranges of up to a factor of four each by undulator-gap variation. In addition, two-color operation is also available at reduced repetition rates (e.g. 55.6 MHz of both MIR and FIR pulses), as needed for some applications. This unique two-color mode opens up a wealth of novel user applications such as, MIR-FIR pump-probe experiments.
La lumière infrarouge lointaine, avec une longueur d'onde de 175 micromètres, frôle déjà les ondes radio. L'œil humain ne perçoit que jusqu'à 0.75 micromètre.