La generazione di impulsi ultracorti intensi con un'elevata qualità spaziale ha aperto possibilità per la scienza ultraveloce e a campo forte. È così importante che il Premio Nobel per la Fisica 2018 sia stato assegnato al Dr. Strickland e al Dr. Mourou per aver inventato una tecnica chiamata amplificazione dell'impulso chirped, che guida numerosi laser ultraveloci in tutto il mondo. Con il grande progresso nell'ultimo decennio, I laser ultraveloci basati su Yb sono diventati molto popolari, perché presentano un'eccezionale efficienza termica, sono a basso costo e sono altamente flessibili nella regolazione delle energie degli impulsi e dei tassi di ripetizione.

Però, le durate degli impulsi di questi laser di solito non sono inferiori a 100 fs o addirittura 1 ps, che richiede la compressione dell'impulso esterno per le applicazioni. Le tecniche esistenti di generazione di supercontinuum (SCG) e di compressione degli impulsi sono in genere a bassa efficienza. Molti di loro richiedono sistemi di vuoto, interfacce vuoto-gas, e sono, quindi, costoso e complesso da mantenere. Di conseguenza, le applicazioni di queste tecniche sono ancora limitate in pochi laboratori specializzati, e non può essere ampiamente utilizzato in fisica, laboratori di femtochimica e femtobiologia, che rappresenta le principali applicazioni dei laser ultraveloci.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati cinesi e austriaci, guidato dal professor Zhensheng Tao dello State Key Laboratory of Surface Physics e Department of Physics, Università Fudan, Shanghai, La Cina ha proposto e dimostrato che la formazione di solitoni ottici durante la propagazione di forti impulsi laser ultraveloci in mezzi Kerr a strati periodici (PLKM) può servire come semplice, soluzione affidabile ed economica per SCG e compressione del polso. Hanno scoperto che la formazione dei solitoni è il risultato dell'equilibrio tra l'autofocalizzazione Kerr non lineare e la diffrazione lineare del raggio laser, che può supportare l'interazione non lineare di materia leggera sostenibile e a lunga distanza, e quindi migliorare l'efficienza dell'SCG.

Più interessante, confinando la propagazione del fascio in questi modi solitari, è possibile ottenere un'elevata qualità spaziale e l'omogeneità spazio-spettrale, raggiungendo> Efficienza di compressione dell'85%. A dimostrazione di tale metodo, gli scienziati hanno usato gli impulsi compressi per guidare un processo ottico altamente non lineare, chiamata alta generazione armonica, producendo raggi X luminosi e coerenti a raggi X estremi e morbidi da un bersaglio gassoso. Il processo ad alta armonica è estremamente sensibile alla qualità spazio-temporale degli impulsi compressi, e ha chiaramente dimostrato il grande potenziale di questo metodo. Vale la pena ricordare ulteriormente che il costo totale per la costruzione del dispositivo PLKM SCG è di soli $ 200. Il metodo e la tecnica riportati apriranno la strada a futuri ad alta efficienza, SCG affidabile ed economico e compressione degli impulsi di laser ultraveloci, che può essere ampiamente utilizzato nei laboratori di fisica ultraveloce, chimica e biologia.

L'alta efficienza, SCG a basso costo e metodo di compressione degli impulsi è incentrato sugli studi sulla formazione e stabilità degli stati solitari in un risonatore non lineare PLKM. Con le modalità solitarie, la propagazione del raggio laser intenso può essere manipolata per generare l'ampio spettro desiderato e l'elevata qualità spaziale. Questo metodo può supportare applicazioni su laser ultraveloci con varie energie di impulso e velocità di ripetizione. Gli scienziati riassumono i vantaggi del loro metodo:"Rispetto alla generazione di supercontinuo esistente e al metodo di compressione degli impulsi, il metodo che abbiamo proposto e dimostrato presenta quattro vantaggi:(1) è molto semplice ed economico da costruire e mantenere, perché non richiede sistemi di vuoto o configurazioni di stabilizzazione di puntamento del fascio; (2) È molto flessibile, che può essere applicato a laser ultraveloci con varie energie e potenze; (3) Ha un'efficienza molto elevata, che può raggiungere l'85%; e (4) è molto stabile. Crediamo che questo metodo possa essere ampiamente introdotto in molti fisici, laboratori di chimica e biologia, per gli scienziati che usano il laser ultraveloce ma non sono specializzati nella costruzione di un sistema laser a banda larga."