Caratterizzazione completa degli impulsi NIR a 10 fs mediante misurazione della scansione di dispersione. In questo modo viene prima variata la fase spettrale degli impulsi (cinguettio) inserendo nel fascio del vetro di spessore progressivamente crescente. Quindi in un sottile cristallo non lineare viene generata la seconda armonica degli impulsi cinguettati e il suo spettro viene registrato in corrispondenza della serie di diverse inserzioni del vetro. In questo modo viene registrata una traccia bidimensionale (mostrata nel pannello in alto a sinistra) da cui è possibile estrarre le informazioni di fase mancanti utilizzando un algoritmo numerico iterativo. La traccia simulata fornita dall'algoritmo di recupero di fase è mostrata nel pannello in alto a destra che mostra una sorprendente somiglianza con la traccia misurata. Lo spettro misurato dell'impulso insieme alla fase recuperata sono mostrati nel pannello in basso a sinistra, mentre la loro trasformata di Fourier che dà la forma dell'impulso (curva rossa) è visualizzata in basso a destra. La curva nera in questo pannello corrisponde all'impulso più breve possibile per lo spettro misurato. Credito:MBI
Un team guidato da ricercatori del Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI), Il Laser-Laboratorium Göttingen (LLG) e Active Fiber Systems (AFS) hanno generato impulsi multi-millijoule a 3 cicli con un livello di potenza medio di 318 W. Questi risultati segnano una pietra miliare significativa nella tecnologia laser a pochi cicli aprendo la strada alle applicazioni industriali. Il rapporto è apparso in ottica come Memorandum.
Impulsi di luce estremamente brevi contenenti solo poche oscillazioni del campo elettromagnetico sono tra gli eventi più veloci mai realizzati dall'umanità. Sebbene i primi impulsi di pochi cicli siano stati prodotti circa 30 anni fa, potrebbero essere utilizzati solo nella scienza all'avanguardia, ad es. per studi risolti nel tempo o generazione di impulsi ad attosecondi. Per trovare la loro strada nelle applicazioni industriali, devono essere affrontate una serie di sfide importanti, come operazioni chiavi in mano, e l'aumento della potenza e dell'energia delle fonti a pochi cicli.
L'MBI, Gli scienziati di LLG e AFS hanno seguito un nuovo approccio comprimendo direttamente impulsi lunghi 300 fs da una sorgente ad alta energia, sistema laser ad alta potenza per la durata di pochi cicli. Ciò richiede una compressione di 30 volte, che è diventato fattibile solo di recente con l'introduzione della tecnologia della fibra cava flessibile allungata, che offre scalabilità di lunghezza illimitata. Nello studio è stato utilizzato come sorgente luminosa un laser a fibra multicanale coerentemente combinato che fornisce impulsi fino a 10 mJ con una potenza media fino a 1 kilowatt. Questo sistema è attualmente in fase di sviluppo presso AFS per il principale impianto laser europeo ELI ALPS a Szeged, Ungheria. Nella compressione del polso, è stata utilizzata una fibra cava flessibile allungata lunga 6 metri che è stata sviluppata insieme da MBI e LLG. Mentre gli impulsi si propagano attraverso il gas argon riempito nella guida d'onda cava, tra la luce intensa e gli atomi di gas si verifica un'interazione non lineare chiamata modulazione di autofase che fa ampliare lo spettro. Gli impulsi con spettro sostanzialmente allargato possono quindi essere compressi ad una durata più breve compensando la loro fase spettrale con una serie di specchi cinguettati. In questo modo il team è riuscito a generare multi-mJ, 10 fs impulsi a una frequenza di ripetizione di 100 kHz a una potenza media di 318 W, che è la più alta potenza media mai raggiunta da un laser a pochi cicli.
Questo risultato mostra che l'utilizzo di laser ad alta potenza di livello industriale ad alta potenza con tecnologia a fibra cava flessibile allungata può essere portato nel regime di pochi cicli. Questo apre nuove possibilità per applicazioni industriali, come la lavorazione del materiale altamente parallelizzata.
