Impulsy laserowe o najkrótszym możliwym czasie trwania
Ultrakrótkie impulsy laserowe są niezbędne do rejestrowania reakcji chemicznych w czasie rzeczywistym. W biofizyce najkrótsze możliwe impulsy potrzebne są do badania nieosiągalnych dotychczas zjawisk z zakresu optyki nieliniowej. Ponadto w medycynie impulsy femtosekundowe umożliwiają precyzyjne leczenie schorzeń bez uszkadzania sąsiednich komórek. Aktualnie do generowania impulsów o długości kilku cykli w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni potrzebne są jednak skomplikowane systemy urządzeń. Składają się one najczęściej z niewspółliniowego parametrycznego wzmacniacza optycznego pompowanego wysokoenergetycznymi impulsami femtosekundowymi przy pomocy tytanowo-szafirowego regeneracyjnego wzmacniacza laserowego. Naukowcy biorący udział w omawianym unijnym projekcie zaproponowali, by zamiast tego użyć znacznie prostszej metody. Metoda badana w ramach inicjatywy COPULCO (Cascaded optical pulse compressor) opiera się na kompresji solitonowej. Dokładniej mówiąc, dłuższe impulsy poddawane są kompresji dzięki wykorzystaniu wyjątkowych właściwości solitonów wyższego rzędu w pojedynczym kawałku nieliniowego materiału. Jest to tzw. kaskadowa kwadratowa kompresja solitonowa. Uczestnicy projektu COPULCO pracowali nad kaskadowymi kwadratowymi kompresjami solitonowymi w kwadratowych falowodach nieliniowych. Falowody te są znane nie tylko ze swoich właściwości nieliniowych, ale także z doskonałego kierowania wiązkami lasera. Do falowodu wprowadzono światło w celu stłumienia efektów dyfrakcji przestrzennych i zwiększenia natężenia impulsów laserowych. Solitony generowano przy pomocy kaskadowego procesu z niedopasowaną fazą. Naturalne nieliniowości samoskupiającego się materiału udało się przezwyciężyć na szerokim zakresie długości fal, a ponadto wykorzystano samorozogniskowujące się solitony o długości od 1100 do 1900 nm. Uczeni zaobserwowali też samokompresujące się solitony w nanożulowych femtosekundowych impulsach lasera. Prace przeprowadzone w projekcie COPULCO przyczyniły się do lepszego poznania tunelowania spektralnego solitonów oraz zjawisk nieliniowych, które można wykorzystać do modyfikacji metod konwersji. Inżynieria dyspersyjna w materiałach nieliniowych okazała się rozszerzać zakres dyspersji w kierunku dłuższych fal, a ponadto uzyskano całkowicie normalny profil dyspersji. Rezultaty projektu COPULCO sugerują, że kaskadowa kwadratowa kompresja solitonowa może zostać rozszerzona na fale bliskiej i średniej podczerwieni. Technika ta sprawdza się ponadto z solidnymi tanimi laserami pompowanymi, działającymi w podczerwieni i generującymi impulsy femtosekundowe.
