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Generazione di impulsi nel medio infrarosso mediante amplificatore OPCPA

I ricercatori finanziati dall’UE hanno introdotto un nuovo approccio per l’amplificazione parametrica ottica di impulsi chirpati a banda ultra larga (OPCPA, optical parametric chirped pulse amplification) in grado di supportare la generazione di impulsi di alta qualità nel medio infrarosso.
Generazione di impulsi nel medio infrarosso mediante amplificatore OPCPA
Le fonti di luce ad alta intensità che emettono nel medio infrarosso hanno ricevuto particolare attenzione per una vasta gamma di applicazioni, tra cui fisica del campo forte e spettroscopia. Per esempio, sono state utilizzate fonti di luce nel medio infrarosso per analisi di dinamica molecolare e per sondare il comportamento della fotoionizzazione nel campo forte.

Per tali applicazioni, è necessario lo sviluppo di nuove tecnologie laser che combinano alte intensità e impulsi corti. L’amplificazione OPCPA è particolarmente interessante a questo proposito. Inoltre, le lunghezze d’onda nel medio infrarosso sono accessibili mediante amplificazione OPCPA, purché sia possibile raggiungere una corrispondenza di fase a banda larga.

I ricercatori finanziati dall’UE si sono concentrati sulla corrispondenza dei reticoli chirpati quasi-phase matching (QPM) offrendo una OPCPA a banda larga nel medio infrarosso. Nell’ambito del progetto CQPMAMP (Chirped quasi-phasematching gratings for optical parametric chirped pulse amplification: Physics, devices, and applications), è stato studiato nel dettaglio il design di un’amplificazione OPCPA basata sul QPM.

Un vantaggio significativo del QPM rispetto alla convenzionale corrispondenza di fase birifrangente è dato dal potenziale di progettare convertitori di frequenza con le proprietà desiderate, come per esempio un’ampia larghezza di banda con profilo di fase personalizzato. Ciò è possibile con l’uso di tecniche di fabbricazione litografica.

Tuttavia, sono stati individuati numerosi vincoli da considerare al fine di ottenere un’amplificazione a banda ultra-larga di alta qualità. I problemi identificati includono perdite non lineari associate a errori di ciclo casuale e processi non lineari con corrispondenza di fase.

Un nuovo sistema è stato progettato per spiegare i recenti progressi nella comprensione del funzionamento di tali dispositivi e per sopprimere gli effetti spaziali parassitari. Tale OPCPA collineare a tre fasi ed elevato tasso di ripetizione opera a 50 kHz e genera impulsi di 41,6 femtosecondi con 12 microjoule di energia.

I ricercatori hanno inoltre studiato nuove configurazioni QPM che potrebbero fornire il doppio dell’energia. È stata dimostrata un’amplificazione OPCPA basata su una configurazione di fasci non collineari, in combinazione a QPM realizzata con niobato di litio periodicamente polarizzato.

Con questa configurazione, potrebbero essere generati impulsi nel medio infrarosso con una durata di impulso pari a 44,2 femtosecondi e con un’energia di impulso di 21,8 microjoule. Tali dati relativi all’energia rappresentano un miglioramento superiore all’80 % rispetto al sistema precedente, con la stessa pompa e gli stessi seed laser.

I risultati del progetto CQPMAMP rappresentano il primo studio completo di dispositivi QPM chirpati operanti in regimi fortemente non lineari. In maniera ancora più importante, le diverse pubblicazioni del progetto forniscono una tabella di marcia per progredire e realizzare a livello sperimentale sistemi OPCPA basati su questi dispositivi.

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Keywords

Medio infrarosso, amplificazione di impulsi, tecnologie laser , CQPMAMP, corrispondenza di fase