I ricercatori hanno combinato un sistema laser in fibra con recenti progressi nelle celle multi-pass per creare un laser con una combinazione unica di impulsi a pochi cicli ad alta potenza media, energia dell'impulso e velocità di ripetizione e con funzionamento stabile della fase di inviluppo della portante (CEP). Queste caratteristiche rendono il nuovo laser ideale per pilotare sorgenti ad attosecondi di nuova generazione, come quelli dell'Extreme Light Infrastructure (ELI) in Europa.

ELI, l'infrastruttura laser ad alta potenza più grande e avanzata del mondo, saranno utilizzati per studiare le interazioni luce-materia alle più alte intensità e alle scale temporali più brevi. Le linee di fascio della sorgente di impulsi di luce ad attosecondi di ELI forniranno prestazioni senza precedenti nella generazione di impulsi ad attosecondi isolati e quindi avranno requisiti di sistema laser molto esigenti.

Steffen Hädrich di Active Fiber Systems GmbH in Germania presenterà il nuovo laser alla conferenza web virtuale dell'Optica (ex OSA) Laser Congress dal 3 al 7 ottobre 2021. Il discorso di Hädrich è previsto per lunedì, 4 ottobre alle 11:30 EDT (UTC 04:00).

"Lo sviluppo di un sistema laser così unico apre nuove prospettive per le sorgenti secondarie, per esempio. per la generazione di impulsi ad attosecondi isolati con parametri senza precedenti, " ha affermato Hädrich. Questi a loro volta promettono di far progredire la comprensione dei processi elettronici su scale fondamentali di lunghezza e tempo e contribuiscono a nuove scoperte in biologia, chimica, fisica e medicina».

Per creare un sistema laser in grado di soddisfare le esigenze di ELI e altre applicazioni scientifiche, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di amplificazione a impulsi a fibra ottica che combina in modo coerente otto canali di amplificazione. Questo sistema emette impulsi di 300 fs che vengono poi compressi fino al regime di pochi cicli utilizzando due celle multi-pass. La prima cella multi-pass utilizza specchi dielettrici standard per ottenere impulsi da 1,7 mJ con una durata inferiore a 35 fs. La seconda cella utilizza specchi a base di metallo per ottenere una durata dell'impulso di soli 5,8 fs con un'energia dell'impulso di 1,1 mJ, Potenza media di 110 W e frequenza di ripetizione di 100 kHz.

È necessaria un'operazione CEP stabile per utilizzare appieno l'elevata potenza media e la velocità di ripetizione rapida del laser. I ricercatori hanno ottenuto ciò misurando il CEP di ciascun impulso utilizzando un singolo fasemetro stereo-ATI in grado di caratterizzare il rumore sull'intero spettro di frequenza. Le misurazioni CEP sono state inviate a un controller PID, creando un ciclo di feedback che ha abilitato ~ 400 mrad di rumore CEP.

"Abbiamo dimostrato gli impulsi più brevi e la potenza media compressa più alta che è stata raggiunta per MPC a pochi cicli con 110 W alla frequenza di ripetizione degli impulsi di 100 kHz, " ha detto Hädrich. "Con ulteriori miglioramenti, speriamo di raggiungere presto anche meno di 300 mrad di rumore CEP."

Hädrich aggiunge, "Il sistema laser presentato soddisfa i requisiti per il laser HR1 di ELI-ALPS. Stiamo adattando questo approccio ai parametri HR2, cioè implementare questo concetto per la dimostrazione di un 500W, 5mJ, Sistema laser 6fs CEP stabile."