Generación de pulsos en el infrarrojo medio mediante OPCPA
Las fuentes de luz de alta intensidad que emiten en el infrarrojo medio han recibido atención especial con vistas a una amplia gama de aplicaciones, incluida la espectroscopia y la física de campos intensos. Por ejemplo, se han utilizado fuentes de luz en el infrarrojo medio para estudiar la dinámica molecular y el comportamiento de la fotoionización en campos intensos. Para estas aplicaciones es necesario desarrollar nuevas tecnologías láser que combinan altas intensidades con duraciones de pulso cortas. OPCPA es especialmente atractiva en este sentido. Además, las longitudes de onda del infrarrojo medio son accesibles mediante OPCPA, siempre que se pueda lograr la coincidencia de fase en banda ancha. Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea se centró en rejillas con casi coincidencia de fase moduladas (QPM) que permiten la OPCPA en el infrarrojo medio. En el seno del proyecto CQPMAMP (Chirped quasi-phasematching gratings for optical parametric chirped pulse amplification: Physics, devices, and applications), estudiaron el diseño de OPCPA basadas en QPM en detalle. Una ventaja importante de QPM frente a otras formas de coincidencia de fase convencionales mediante birrefringencia es la posibilidad de diseñar convertidores de frecuencias con las propiedades deseadas, como una banda ancha con un perfil de fase a medida. Esto se consigue mediante técnicas de fabricación litográficas. No obstante, se encontraron varias restricciones que es necesario tener en cuenta para lograr una amplificación de ultra banda ancha con alta calidad. Los problemas identificados son, entre otros, las pérdidas no lineales asociadas a errores aleatorios de ciclo y procesos no lineales ajustados en fase accidentalmente. Se diseñó un nuevo sistema para tener en cuenta los avances recientes en el conocimiento del funcionamiento de estos dispositivos y suprimir efectos espaciales parásitos. La alta frecuencia de repetición, colineal con OPCPA de tres etapas, funciona a 50 kHz y genera pulsos de 41,6 femtosegundos con una energía de 12 microjulios. Los investigadores también probaron nuevas configuraciones de QPM que pudiesen generar el doble de energía. Demostraron la OPCPA sobre la base de una configuración con haces no lineales combinados con QPM implementadas en niobato de litio con polos periódicos. Con esta configuración se pudieron generar pulsos en el infrarrojo medio con una duración de pulso de 44,2 femtosegundos y una energía de pulsos de 12,8 microjulios. Esta cifra de energía representa una mejora de más del 80 % frente al sistema anterior, utilizando el mismo bombeo y los mismos láseres semilla. Los resultados de CQPMAMP representan la primera investigación completa de dispositivos modulados QPM funcionando en regímenes claramente no lineales. Lo que es más importante, las distintas publicaciones asociadas al proyecto proporcionan una hoja de ruta para avanzar e implementar experimentalmente sistemas OPCPA sobre la base de estos dispositivos.
Palabras clave
Infrarrojo medio, amplificación de pulsos, tecnologías láser, CQPMAMP, coincidencia de fase
