Migliorare la compressione degli impulsi ottici ultrabrevi
La maggior parte dei laser al femtosecondo emettono impulsi a lunghezze d’onda nel vicino infrarosso e, a causa del limitato guadagno di banda degli amplificatori laser, questi impulsi hanno una durata superiore rispetto a molti cicli ottici se amplificati. È pertanto auspicabile comprimerli in maniera efficiente per limitarne la durata. Inoltre, le tecnologie laser disponibili al momento non sono in grado di fornire impulsi al femtosecondo mid-IR. Invece, gli amplificatore di parametri ottici che emettono nel vicino infrarosso, possono convertire la frequenza degli impulsi near-IR a mid-IR. Tuttavia, questo richiede il superamento dei limiti alla larghezza di conversione della frequenza per ottenere brevi impulsi mid-IR. Il progetto COPULCO (”Cascaded optical pulse compressor”) ha studiato un modo efficace per comprimere gli impulsi più lunghi e multicliclo near-IR ad una durata a breve ciclo. Ciò potrebbe avvenire in un cristallo non lineare a due fasi concepito attentamente. Allo stesso tempo possono essere generati impulsi a breve ciclo tramite la radiazione ottica Cherenkov. Questo compressore di impulsi si basa sulle non linearità quadratiche in cascata e utilizza solitoni per comprimere gli impulsi. La radiazione mid-IR ha origine da un solitone near-IR formato nel cristallo e su propagazione viene perturbata dalla dispersione di ordine superiore. La radiazione ha origine da una condizione di accoppiamento di fase risonante con il solitone. La novità di questa particolare condizione di accoppiamento di fase dell’onda del solitone Cherenkov sta nel fatto che avviene a lunghezze d’onda mid-IR, ed è pertanto un’importante alternativa per la conversione efficiente e a banda larga della frequenza mid-IR. Il progetto ha inoltre esaminato le condizioni per la generazione dell’onda di dispersione necessaria accompagnata dalla compressione degli impulsi brevi. I risultati dovrebbero aprire nuove strade per la conversione ad alta efficienza e banda larga delle lunghezze d’onda mid-IR. Gli scienziati usano cristalli di tipo chirp a quasi-accoppiamento di fase per ottenere l’autocompressione del solitone a una durata a breve ciclo di maggiore efficienza e qualità. Usando una struttura multisezione del cristallo non lineare, sono riusciti a creare non linearità quadratiche in cascata ingegnerizzate in sezioni, migliorando notevolmente la qualità dell’impulso. Parte del lavoro è stato impostato per la comprensione e la modellazione accurata dell’interazione ultraveloce e a banda ultralarga nelle linearità quadratiche in cascata. Il team ha sviluppato una nuova equazione d’onda non lineare negli ambiti della frequenza per studiare la compressione del solitone per la durata dei brevi impulsi. COPULCO ha anche studiato la natura anisotropica della risposta non lineare di Kerr in un cristallo non lineare specifico, al fine di modellare meglio l’interazione ultraveloce causata dai coefficienti anisotropici non lineari del cristallo. Un fattore importante è stata la determinazione dei componenti del tensore cubico che influiscono sulle interazioni di generazione a cascata di seconda armonica. Il componente tensore non lineare di Kerr responsabile della modulazione in fase automatica nella cascata è notevolmente più grande di quello utilizzato comunemente, ma una volta corretti gli errori deterministici nelle misurazioni storiche, è stati ripristinato l’accordo. È stato inoltre valutato l’impatto dell’utilizzo di questa risposta anisotropica cubica negli esperimenti ultraveloci a cascata. I risultati del progetto dovrebbero contribuire a consolidare la posizione europea come leader nei processi ultraveloci al femtosecondo.
Parole chiave
Infrarossi, brevi impulsi, impulso al femtosecondo, non lineare, laser, radiazione di Cherenkov, quadratico a cascata, compressore al solitone, corrispondenza alla fase
