Fig. 1:Sorgente XUV intensa compatta. Un impulso NIR (rosso) è focalizzato, e le armoniche elevate vengono generate in un getto di gas posizionato prima o dietro il fuoco NIR. In questo modo, la luce XUV generata ha una dimensione e una divergenza simile a quella del raggio NIR. A causa della lunghezza d'onda più corta, il fuoco del raggio XUV è quindi molto più piccolo del fuoco del raggio NIR. Ciò consente la generazione di impulsi XUV intensi che vengono utilizzati per la ionizzazione multi-fotone XUV degli atomi (vedi parte superiore). Attestazione:Balázs Major
Un team internazionale di ricercatori ha dimostrato un nuovo concetto per la generazione di intense radiazioni ultraviolette estreme (XUV) mediante generazione di alte armoniche (HHG). Il suo vantaggio risiede nel fatto che la sua impronta è molto più piccola rispetto ai laser XUV intensi attualmente esistenti. Il nuovo schema è semplice e potrebbe essere implementato in molti laboratori in tutto il mondo, che può potenziare il campo di ricerca della scienza XUV ultraveloce. I risultati sperimentali e teorici dettagliati sono stati pubblicati in ottica .
L'invenzione del laser ha aperto l'era dell'ottica non lineare, che oggi gioca un ruolo importante in molti studi scientifici, applicazioni industriali e mediche. Tutte queste applicazioni beneficiano della disponibilità di laser compatti nella gamma visibile dello spettro elettromagnetico. La situazione è diversa alle lunghezze d'onda XUV, dove sono state costruite strutture molto grandi (i cosiddetti laser a elettroni liberi) per generare intensi impulsi XUV. Un esempio di questi è FLASH ad Amburgo che si estende per diverse centinaia di metri. Sono state sviluppate anche sorgenti XUV intense più piccole basate su HHG. Però, queste sorgenti hanno ancora un'impronta di decine di metri, e finora sono stati dimostrati solo in alcune università e istituti di ricerca in tutto il mondo.
Un team di ricercatori del Max Born Institute (Berlino, Germania), ELI-ALPI (Szeged, Ungheria) e INCDTIM (Cluj-Napoca, Romania) ha recentemente sviluppato un nuovo schema per la generazione di impulsi XUV intensi. Il loro concetto si basa su HHG, che si basa sulla focalizzazione di un impulso laser nel vicino infrarosso (NIR) in un bersaglio di gas. Di conseguenza, vengono emessi lampi di luce molto brevi con frequenze che sono armoniche del laser di guida NIR, che quindi sono tipicamente nella regione XUV. Per poter ottenere impulsi XUV intensi, è importante generare quanta più luce XUV possibile. Ciò si ottiene in genere generando un fuoco molto ampio del laser di guida NIR, che richiede un grande laboratorio.
Gli scienziati del Max Born Institute hanno dimostrato che è possibile ridurre un intenso laser XUV utilizzando una configurazione che si estende per una lunghezza di soli due metri. Per poterlo fare, hanno usato il seguente trucco:invece di generare luce XUV al fuoco del laser di guida NIR, hanno posizionato un getto di atomi molto denso relativamente lontano dal fuoco del laser NIR, come mostrato in Fig. 1. Questo ha due importanti vantaggi:(1) Poiché il raggio NIR nella posizione del getto è grande, vengono generati molti fotoni XUV. (2) Il raggio XUV generato è grande e ha una grande divergenza, e può quindi essere focalizzato su uno spot di piccole dimensioni. Il gran numero di fotoni XUV in combinazione con le piccole dimensioni dello spot XUV rende possibile generare intensi impulsi laser XUV. Questi risultati sono stati confermati da simulazioni al computer effettuate da un team di ricercatori di ELI-ALPS e INCDTIM.
Per dimostrare che gli impulsi XUV generati sono molto intensi, gli scienziati hanno studiato la ionizzazione multifotone degli atomi di argon. Sono stati in grado di moltiplicare ionizzare questi atomi, portando a stati di carica ionica di Ar 2 + e Ar 3 + . Ciò richiede l'assorbimento di almeno due e quattro fotoni XUV, rispettivamente. Nonostante l'ingombro ridotto di questa intensa sorgente XUV, l'intensità XUV ottenuta di 2 x 10 14 l/cm 2 supera quello di molte sorgenti XUV intense già esistenti.
Il nuovo concetto può essere implementato in molti laboratori in tutto il mondo, e varie aree di ricerca possono trarre vantaggio. Ciò include la spettroscopia con sonda ad attosecondi con pompa ad attosecondi, che finora è stato estremamente difficile da fare. Il nuovo laser XUV intenso compatto potrebbe superare i limiti di stabilità che esistono all'interno di questa tecnica, e potrebbe essere utilizzato per osservare la dinamica degli elettroni su scale temporali estremamente brevi. Un'altra area che dovrebbe trarne vantaggio è l'imaging di oggetti su scala nanometrica come le biomolecole. Ciò potrebbe migliorare le possibilità di realizzare filmati nel nanocosmo su scale temporali a femtosecondi o addirittura ad attosecondi.
