Mejora de la compresión de pulsos ópticos ultracortos
La mayoría de los láseres de femtosegundos emiten pulsos en las longitudes de onda del infrarrojo próximo y, debido al ancho de banda de ganancia limitado de los amplificadores láser, la duración de los pulsos se prolonga muchos ciclos ópticos al amplificarlos. Por este motivo se desea comprimirlos hasta una duración de unos pocos ciclos. Además, las tecnologías láser disponibles actualmente no logran generar pulsos de segundos en el infrarrojo medio directamente. En su lugar, los amplificadores paramétricos ópticos bombeados en el infrarrojo próximo pueden convertir la frecuencia de los pulsos del infrarrojo próximo al infrarrojo medio. Sin embargo, para conseguir pulsos de pocos ciclos es necesario superar las limitaciones en el ancho de banda debidas a la conversión de frecuencias. El proyecto «Cascaded optical pulse compressor» (COPULCO), financiado por la Unión Europea, estudió un método mediante el cual se podían comprimir pulsos multiciclo más largos en el infrarrojo próximo de forma eficiente hasta una duración de unos pocos ciclos. Esto se puede conseguir en un cristal no lineal de dos etapas diseñado cuidadosamente. A la vez, se pueden generar pulsos de unos pocos ciclos y alta potencia en el infrarrojo medio mediante radiación óptica de Cherenkov. Este compresor de pulsos se basa en no-linealidades cuadráticas en cascada y utiliza solitones para comprimir los pulsos. La radiación en el infrarrojo medio se genera a partir de un solitón en el infrarrojo próximo que se forma en el cristal y se modifica mediante la dispersión de orden superior durante su propagación. La radiación se origina en una condición de coincidencia de fase resonante con el solitón. La novedad de esta condición de coincidencia de fase entre solitón y onda de Cherenkov en particular es que se produce en longitudes de onda en el infrarrojo medio y, por consiguiente, es una alternativa muy importante para la conversión de frecuencias del infrarrojo medio eficiente y de banda ancha. El proyecto también investigó las condiciones necesarias de generación de ondas dispersivas acompañadas de la compresión de pulsos de pocos ciclos. Los resultados podrían abrir un nuevo camino hacia la conversión de longitudes de onda de alta eficiencia y gran ancho de banda en el infrarrojo medio. Los científicos utilizaron cristales modulados casi en coincidencia de fase para lograr la compresión del solitón por sí solo hasta unos pocos ciclos de duración con mayor eficiencia y calidad. Mediante la utilización de una estructura de múltiples secciones del cristal no lineal consiguieron crear no-linealidades cuadráticas en cascada, lo que permitió incrementar notablemente la calidad de los pulsos. Parte del trabajo se orientó hacia la comprensión y el modelado preciso de la interacción ultrarrápida y de banda ultraancha en medios no lineales cuadráticos en cascada. El equipo desarrolló una nueva ecuación de onda no lineal en el dominio de frecuencias como plataforma para investigar la compresión de solitones hasta duraciones de pocos ciclos. COPULCO también estudió la naturaleza anisótropa de la respuesta no lineal de Kerr en un cristal específico no lineal, con el fin de modelizar mejor la interacción ultrarrápida que provocan los coeficientes no lineales anisótropos del cristal. Se hizo hincapié en la determinación de las componentes cúbicas del tensor que afectan a las interacciones de la generación del segundo armónico en cascada. Se determinó que el componente del tensor no lineal de Kerr que compite con la automodulación de fase provocada por la cascada era mucho mayor que los que se habían utilizado históricamente, pero después de corregir las mediciones históricas para tener en cuenta los errores deterministas, se restableció la coincidencia. También se evaluó el impacto de la utilización de una respuesta anisotrópica cúbica en experimentos en cascada ultrarrápidos. Los resultados del proyecto deberían ayudar a consolidar el liderazgo de Europa en los procesos ultrarrápidos de femtosegundos.
