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Multi-Color Sculpted Light Waves for HHG Control

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Control de la forma de onda de pulsos láser intensos

Un equipo de científicos financiado con fondos europeos ha mejorado el control de la interacción láser-materia en el régimen de campo intenso mediante el ajuste de la forma de las ondas luminosas.

Tecnologías industriales

La ionización de átomos y moléculas mediante campos láser intensos se ha convertido en una técnica fundamental para la física moderna del láser. En el corazón de los fenómenos de campo intenso se encuentran los primeros electrones que escapan del átomo y vuelven a chocar con el ion padre aproximadamente un femtosegundo después. El proyecto «Multi-color sculpted light waves for HHG control» (MUSCULAR), financiado con fondos europeos, demostró un nivel de control sin precedentes sobre las trayectorias de estos electrones mediante una forma de onda láser de control. MUSCULAR se propuso desarrollar un sintetizador de forma de onda multicolor suficientemente intenso como para generar armónicos altos (HHG). La idea clave que subyace a este concepto de sintetizador era generar componentes de color de conversión descendente, además de frecuencias de conversión ascendente. Mediante amplificación paramétrica óptica (OPA), los primeros componentes mencionados generaron eficientemente frecuencias ajustables en el rango infrarrojo. Un requisito previo para generar formas de onda de varios colores estables era garantizar un retardo fijo entre el armónico óptico de conversión descendente y la onda fundamental. Para este fin, los científicos tuvieron que bloquear activamente la envolvente de pulso de la onda fundamental, es decir, la fase envolvente portadora (CEP). El equipo del proyecto utilizó el sintetizador de onda de luz desarrollado para optimizar las trayectorias cuánticas de los electrones en el proceso HHG. Dado que las ondas sinusoidales de control no transfieren de manera eficiente la energía de la luz al electrón acelerado, los científicos utilizaron una forma de onda conocida como «la onda perfecta para HHG». Para poner en práctica el primer concepto de prueba experimental con formas de onda de tres colores, MUSCULAR aumentó la energía de pulso de un láser comercial de iterbio. También se añadió bloqueo de CEP activo a la cadena del amplificador del láser. El sistema de OPA se alimentó con un continuo de luz blanca para generar los tres componentes de color de fase bloqueada de conversión descendente, formando la base del sintetizador. La combinación de los componentes en un interferómetro junto con la estabilidad del subciclo dio como resultado una forma de onda multicolor con potencia suficiente para guiar la HHG. La mejora de la HHG fue un ejemplo más de las muchas aplicaciones posibles de la configuración avanzada de ciclos ópticos. La tecnología desarrollada por MUSCULAR podría aplicarse en diversos regímenes de interacción luz-materia diferentes. Entre ellos se incluyen los electrones de Brunel —cuyas trayectorias controladas por campo pueden dar lugar a emisión de terahercios—, el calentamiento del plasma y la HHG en espejos de plasma, o la aceleración de partículas mediante láser.

Palabras clave

Control de la forma de onda, pulsos láser, campo intenso, formas de onda de luz, física del láser, ondas de luz, forma de onda multicolor, generación de armónicos altos, conversión descendente, componentes de color, fase envolvente portadora, sintetizador

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