L'invenzione della tecnica di amplificazione dell'impulso chirped di Strickland e Mourou nel 1985 ha aumentato la potenza di picco degli impulsi laser ultracorti a un livello senza precedenti, che hanno trovato ampie applicazioni nella scienza fondamentale, industria e medicina. Però, tali laser ad alta potenza sono solitamente ottenuti alla lunghezza d'onda del vicino infrarosso di circa 0,8 micron. L'estensione alla banda del medio infrarosso (2-20 micron) è di grande interesse per applicazioni più ampie. Attualmente, la generazione di impulsi laser nel medio infrarosso basati su tecnologie ottiche convenzionali è limitata dalla larghezza di banda di frequenza, guadagno di energia, e soglia di danneggiamento dei cristalli ottici, che rendono difficile ottenere impulsi laser nel medio infrarosso ad alta intensità e basso ciclo.

In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazione , scienziati della Shanghai Jiao Tong University, Cina e Università di Strathclyde, Il Regno Unito ha proposto un nuovo schema per generare in modo efficiente impulsi di luce nel medio infrarosso di quasi un ciclo singolo con pochi millijoule di energia mediante l'uso di un mezzo al plasma. Questo schema adotta inizialmente due laser a breve impulso di livello terawatt con lunghezza d'onda di ~0,8 micrometri, che sono incidenti in un canale plasmatico sottodenso con un certo ritardo di tempo. Uno di questi viene utilizzato come laser guida per eccitare un campo di attivazione laser nel plasma, che appare come poche bolle di densità del plasma in movimento dietro l'impulso di guida. Un altro impulso laser poiché l'impulso del segnale co-propaga con l'impulso di guida con un certo ritardo di tempo, in modo che venga caricato nella posizione di testa della seconda bolla di plasma. Questo impulso di segnale è modulato dalla bolla di plasma e la sua frequenza verrà spostata rapidamente verso il basso. Dopo una distanza di propagazione di circa 2 millimetri, viene effettivamente convertito in un impulso di luce nel medio infrarosso a ciclo quasi singolo con una lunghezza d'onda centrale di circa 5 micron, e la sua efficienza di conversione è di circa il 30%.

"Un aspetto interessante del nostro schema è che i parametri di impulso del medio infrarosso ottenuti, compresa l'energia degli impulsi, lunghezza d'onda centrale, durata dell'impulso, fase portante, e anche lo stato di polarizzazione, sono sintonizzabili modificando i parametri dell'impulso laser incidente e del plasma, " disse Zheng-Ming Sheng, uno dei principali autori dell'articolo.

"Rispetto ai tradizionali materiali in cristallo ottico, i metodi ottici basati sul plasma possono sostenere impulsi laser di potenza e intensità estremamente elevate, " ha aggiunto Su-Ming Weng, un altro autore principale dell'articolo. "Questo rende il metodo ottico al plasma unico nella manipolazione di laser ultracorti ad alta potenza".

"Il nostro schema può essere realizzato su un sistema laser con un tasso di ripetizione kilohertz, fornendo così un metodo stabile ed efficiente per generare impulsi di luce nel medio infrarosso con millijoule, intensità relativistica, e quasi a ciclo singolo per applicazioni estese, " ha detto Jie Zhang, uno dei coautori, il leader del programma laser plasma presso la Shanghai Jiao Tong University.