Sveriges mest kraftfulla laser levererar rekordkorta ljuspulser

För första gången har forskare vid Umeå universitet demonstrerat den fulla kapaciteten hos sin storskaliga laseranläggning. I en studie publicerad i Nature Photonics rapporterar forskargruppen att de lyckats skapa en kombination av ultrakorta laserpulser, extrem toppeffekt och exakt styrda vågformer som gör det möjligt att utforska naturens allra snabbaste processer.

Det specialbyggda lasersystemet, Light Wave Synthesizer 100 (LWS100), är hela 11 meter långt och 1,5 meter brett – betydligt större än många kommersiella lasrar, som i storlek snarare kan jämföras med en penna eller en bok. Storleken är nödvändig för att generera och förstärka ultrakorta laserpulser till extrem toppeffekt. Som mest genererar den 100 terawatt – motsvarande fem gånger den genomsnittliga energiförbrukningen i världen – men bara under några miljondelar av en miljarddels sekund. Detta gör den till Sveriges mest kraftfulla laser och banar väg för nya tillämpningar, allt från att förstå ultrasnabba processer i biomolekyler till att utveckla ljusdriven elektronik och effektivare solpaneler.

Det som utmärker systemet är att pulserna inte bara är extremt korta (4,3 femtosekunder) och kraftfulla – de har också en reproducerbar och styrd elektrisk fältvågform som är identisk från puls till puls. Att uppnå den här nivån av kontroll är särskilt utmanande i storskaliga lasersystem, men avgörande för många avancerade tillämpningar. Tekniken kan ge upphov till ännu kortare attosekundpulser i röntgenområdet som kan användas för att "filma" elektronernas rörelser i realtid.

– Vi kan nu visa att systemet levererar precis det vi såg framför oss när det byggdes. Det är en milstolpe för vår forskning, säger László Veisz, professor vid Umeå universitet.

En rad olika experiment planeras nu att genomföras med lasersystemet där man utnyttjar dess extrema förmåga att koncentrera ljuset i både tid och rum.

Genom att forma och fokusera ultrakorta pulser kan forskare exempelvis accelerera elektronknippen med en pulslängd på några attosekunder till ultrarelativistiska energier i kompakta mikroacceleratorer, eller skapa nästa generations röntgenkällor för att driva utvecklingen inom attosekundforskningen.

Lasersystemet installerades och invigdes vid Institutionen för fysik vid Umeå universitet 2022. Den nyligen publicerade artikeln är den första vetenskapliga studien som visar systemets fulla prestanda.

Om den vetenskapliga artikeln

Veisz, L., Fischer, P., Vardast, S. et al. Waveform-controlled field synthesis of sub-two-cycle pulses at the 100 TW peak power level. Nature Photonics, 10 juli 2025. DOI: 10.1038/s41566-025-01720-2

Läs hela artikeln

För mer information, vänligen kontakta:

László Veisz, professor vid Institutionen för fysik, Umeå universitet
E-post: laszlo.veisz@umu.se
Telefon: 090-786 66 62