Un gruppo di ricercatori della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia ha appena pubblicato un rapporto sul loro sviluppo di un dispositivo triplatore in miniatura per la generazione di impulsi laser a femtosecondi nello spettro UV. Il dispositivo ha un'efficienza tre volte superiore rispetto alle configurazioni utilizzate in precedenza, e si adatta alla punta di un dito, grazie a un pacchetto software unico sviluppato a Varsavia durante la fase di progettazione.

Con le nuove tecnologie, i laser coprono uno spettro crescente, ma alcune lunghezze d'onda non sono ancora facilmente accessibili. Ciò include la banda ultravioletta (UV) intorno a 300 nm, soprattutto se sono necessarie brevi durate degli impulsi e/o alte intensità. Spesso, Gli impulsi UV sono generati tramite processi non lineari come la generazione della seconda armonica o la generazione della frequenza somma, in cui si formano nuovi fotoni con energia maggiore e un nuovo colore sommando l'energia dei fotoni impulsivi fondamentali. L'efficienza di questi processi è bassa, però.

Per molti anni, modelli analitici di propagazione della luce o semplici simulazioni numeriche sono stati utilizzati per progettare convertitori di frequenza. Hanno permesso agli scienziati di modificare i parametri del dispositivo, tipicamente uno alla volta. Questo approccio ha portato alla stagnazione delle efficienze di conversione dai laser a femtosecondi a infrarossi non amplificati alla terza armonica UV a circa il 10%.

"È stato come venire in laboratorio, modificando una manopola qui, una manopola lì, osservando la potenza di uscita UV e cercando di massimizzarla. E il 10 percento è il massimo che si può ottenere con questo approccio, "dice Michal Nejbauer, dal team di ricercatori con sede presso la Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia, Polonia.

Ma l'aumento della potenza di calcolo combinato con trucchi di programmazione intelligenti ha permesso per la prima volta l'ottimizzazione globale del processo di conversione della frequenza dall'infrarosso all'UV.

"Il nostro nuovo sviluppo, pacchetto di simulazione open source, chiamato ussaro, permette anche a un utente inesperto di costruire un complesso, tridimensionale, simulazioni accurate della propagazione e dell'interazione di più impulsi utilizzando semplici blocchi:parametri di impulso in ingresso, proprietà materiali dei media e dei processi coinvolti, " spiega Tomasz Kardas, che ha sviluppato il software. "Una volta definiti i parametri dell'impulso in ingresso, come l'energia, durata e profilo spaziale del fascio, essenzialmente iniziamo a cercare il miglior design su un ampio spazio di parametri:gli spessori dei cristalli non lineari, la dimensione del raggio, la posizione della vita del raggio, ecc. E, con nostra sorpresa, una volta trovati questi valori ottimali, costruito il dispositivo e misurato le sue prestazioni, gli impulsi UV in uscita erano esattamente come simulati. Questo tipo di accordo quantitativo tra ciò che si ottiene sullo schermo e poi si misura in laboratorio è piuttosto raro nell'ottica non lineare".

Ma aumentando l'efficienza del processo triplicando di un fattore tre, a oltre il 30 percento, era solo il primo passo. I ricercatori miravano anche alla miniaturizzazione. Anziché utilizzare più componenti montati sul tavolo da laboratorio, il loro generatore di terza armonica (triplatore) è solo un minuscolo blocco di cristalli impilati insieme.

"Infatti, il supporto in metallo da un pollice che tiene insieme tutti gli elementi è la parte più grande dell'intera configurazione, " spiega Pawel Wnuk, che ha assunto un ruolo di primo piano negli esperimenti di caratterizzazione dei dispositivi. Di conseguenza, il prototipo tripler ha un volume complessivo circa 1000 volte inferiore rispetto ai modelli tradizionali.