Misurare l’efficienza delle sorgenti luminose per l’ultravioletto estremo
La risoluzione temporale rappresenta la chiave dello studio della dinamica degli elettroni in tempo reale. Con l’avvento dei laser a impulsi ultracorti, scienziati specializzati nel settore dei laser ultraveloci sono stati in grado di catturare momenti straordinari attraverso lo studio e il controllo di processi complessi che hanno luogo in natura sulla scala degli attosecondi. Un metodo per creare impulsi luminosi ad attosecondi consiste nel concentrarsi su un laser a impulsi estremamente potente in un insieme di atomi di gas nobili. Grazie alla presenza del campo elettrico intenso di un fascio di laser ad armoniche di ordine elevato, gli elettroni e gli ioni genitori liberi collidono e ricombinano, generando bagliori di attosecondi presenti nella gamma degli EUV. Sebbene offra una sorgente coerente di radiazione EUV, la generazione di armoniche di ordine elevato (High-Harmonic Generation, HHG) si basa tradizionalmente su sistemi laser amplificati ad alta energia e a basso tasso di ripetizione in grado di produrre picchi di intensità necessari per la ionizzazione del bersaglio di gas. La bassa efficienza di conversione del processo, unita al basso tasso di ripetizione dell’amplificatore determina la generazione di EUV con basse potenze medie. Gli scienziati coinvolti nel progetto PECS (Powerful and efficient EUV coherent light sources) sono stati in grado di ottenere miglioramenti radicali in termini di efficienza di conversione di potenza media riducendo in tal modo il costo e le dimensioni del sistema. Nella prima fase di ricerca, il gruppo di lavoro ha progettato fibre LMA (Large-Mode Area), eseguendo prove di principio su impulsi a femtosecondi coerenti e configurando una camera di generazione di armoniche di ordine elevato in grado di gestire potenze medie superiori a 100 µW. Dopo aver portato a termine queste attività, gli scienziati hanno tentato di comprendere fondamentalmente le instabilità modali degli amplificatori a fibre ad alta potenza, l’amplificazione spazialmente separata di impulsi laser ultracorti e la generazione di EUV sulla scala degli attosecondi. È stata inoltre analizzata la correlazione tra il laser a elevata potenza media e gli amplificatori parametrici. Grazie ai risultati ottenuti nell’ambito di ricerche teoriche e di attività sperimentali, i membri del progetto sono stati in grado di produrre il più potente sistema di amplificazione a impulsi di tipo chirp ottico-parametrico esistente al mondo. Questa straordinaria tecnologia ha garantito un potenziamento radicale dell’efficienza HHG, che ha condotto alla generazione di impulsi ad attosecondi spazialmente separati in base a tassi di ripetizione dell’ordine di 1 MHz. Questo dato risulta almeno 200 volte superiore rispetto a quello segnalato nella letteratura esistente. La sorgente luminosa ideale coerente e a elevata intensità sviluppata nell’ambito del progetto PECS registra importanti implicazioni per le applicazioni EUV relativamente alla spiegazione di processi fisici, chimici e biologici intrinsecamente dinamici.
Parole chiave
Sorgenti luminose, ultravioletto estremo, laser a impulsi ultracorti, generazione di armoniche di ordine elevato, PECS
