Udoskonalenie kompresji ultrakrótkich impulsów optycznych
Większość laserów femtosekundowych emituje impulsy w bliskiej podczerwieni ze względu na ograniczone pasmo wzmocnienia wzmacniaczy laserowych, a czas trwania tych impulsów jest po wzmocnieniu równy wielu cyklom optycznym. Dlatego też pożądane jest, by skompresować je do okresu wynoszącego kilka cykli Ponadto obecnie dostępne technologie laserowe nie mogą bezpośrednio zapewnić impulsów femtosekundowych w średniej podczerwieni. Zamiast tego można zastosować wzmacniacze parametryczne bliskiej podczerwieni, które przekształcają częstotliwość impulsów bliskiej podczerwieni na średnią podczerwień. Uzyskanie krótkich impulsów w średniej podczerwieni wymaga jednak pokonania ograniczeń związanych z szerokością pasma konwersji częstotliwości. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu "Cascaded optical pulse compressor" (COPULCO) badali metodę umożliwiającą kompresję dłuższych, wielocyklowych impulsów w bliskiej podczerwieni do impulsów trwających kilka cykli. Proces taki może zachodzić w specjalnie skonstruowanym, dwustopniowym krysztale nieliniowym. Jednocześnie można generować trwające kilka cykli impulsy w średniej podczerwieni przy pomocy promieniowania optycznego Czerenkowa. Kompresor jest oparty na kaskadowych nieliniowościach kwadratowych i wykorzystuje solitony do kompresji impulsów. Promieniowanie w średniej podczerwieni pochodzi z solitonu bliskiej podczerwieni tworzonego w krysztale, a w momencie propagacji jest zakłócane przez dyspersję wysokiego stopnia. Promieniowanie wynika z warunku rezonansowego dopasowania fazowego z solitonem. Nowatorstwo tego warunku dopasowania fazowego solitonu i fal Czerenkowa polega na tym, że zachodzi on w średniej podczerwieni i dlatego stanowi bardzo ważną alternatywną metodę wydajnej i szerokopasmowej konwersji do średniej podczerwieni. Podczas realizacji projektu zbadano również niezbędne warunki generowania fal dyspersyjnych towarzyszące kompresji krótkich impulsów. Efektem może być nowa metoda wysokowydajnej i szerokopasmowej konwersji długości fal do średniej podczerwieni. Naukowcy zastosowali kryształy o zmienionej częstotliwości z quasi-dopasowaniem fazowym, aby uzyskać samoczynną kompresję solitonu o zwiększonej wydajności i jakości. Wieloskładnikowa struktura kryształów nieliniowych umożliwiła utworzenie sztucznych kaskadowych nieliniowości drugiego stopnia w sekcjach, co pozwoliło znacząco poprawić jakość impulsów. Część prac była poświęcona zrozumieniu i dokładnemu modelowaniu bardzo szybkich i ultraszerokopasmowych interakcji w kaskadowych nośnikach nieliniowych drugiego stopnia. Podczas badania kompresji solitonów do krótkich cykli zespół opracował nowe nieliniowe równanie falowe w zakresie częstotliwości. Uczestnicy projektu COPULCO zbadali również anizotropowy charakter nieliniowego efektu Kerra w konkretnym krysztale nieliniowym, aby umożliwić lepsze modelowanie ultraszybkiej interakcji spowodowanej anizotropowymi współczynnikami nieliniowości kryształu. Naukowcy skupili się na określeniu składowych tensorów trzeciego stopnia, które wpływają na kaskadowe generowanie drugiej harmonicznej. Ustalono, że nieliniowa składowa tensora Kerra konkurująca z samoczynną modulacją fazową powodowaną efektem kaskadowym ma wartość znacznie większą niż używana do tej pory, jednak po wyczyszczeniu wcześniejszych pomiarów z błędów deterministycznych udało się przywrócić zgodność. Badacze ocenili również wpływ efektu anizotropowego trzeciego stopnia na eksperymenty dotyczące bardzo szybkiego generowania kaskadowego. Wyniki projektu powinny przyczynić się do wzmocnienia pozycji Europy jako lidera w dziedzinie ultraszybkich procesów femtosekundowych.
