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Multi-Color Sculpted Light Waves for HHG Control

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Controllo della forma d'onda di impulsi laser intensi

Alcuni scienziati finanziati dall'UE hanno migliorato il controllo dell'interazione laser-materia in regime di forte campo modellando le forme d'onda della luce.

Tecnologie industriali

La ionizzazione di atomi e molecole in forti campi laser è diventata una tecnica fondamentale per la moderna fisica del laser. Al centro dei fenomeni di forte campo ci sono gli elettroni, che prima fuoriescono dall'atomo e circa 1 femtosecondo dopo si scontrano nuovamente con lo ione genitore. Il progetto MUSCULAR ("Multi-color sculpted light waves for HHG control"), finanziato dall'UE, ha dimostrato un innovativo livello di controllo su queste traiettorie di elettroni attraverso una forma d'onda laser di conduzione. MUSCULAR ha cercato di sviluppare un sintetizzatore di forma d'onda multicolore sufficientemente intenso da condurre la generazione di armoniche superiori (HHG). L'idea alla base del concetto di questo sintetizzatore consiste nella generazione di componenti di colore a conversione inferiore di frequenza. Attraverso l'amplificazione parametrica ottica (OPA), i componenti precedenti hanno efficientemente generato frequenze sintonizzabili nel campo dell'infrarosso. Un prerequisito per generare forme d'onda multicolori stabili era quello di garantire un ritardo fisso tra l'armonica ottica a conversione inferiore di frequenza e l'onda fondamentale. A tal fine, gli scienziati hanno dovuto bloccare attivamente l'inviluppo dell'impulso dell'onda fondamentale, cioè la fase portatore-inviluppo (CEP). Il team di progetto ha utilizzato il sintetizzatore di onda della luce sviluppato per ottimizzare le traiettorie quantistiche degli elettroni nel processo HHG. Poiché le onde sinusoidali di conduzione non trasferiscono l'energia dalla luce all'elettrone accelerato in modo efficiente, gli scienziati hanno usato una forma d'onda nota come "l'onda perfetta per l'HHG". Per realizzare il primo esperimento proof-of-concept con forme d'onda di tre colori, MUSCOLAR ha potenziato l'energia dell'impulso di un laser itterbio commerciale. Alla catena dell'amplificatore laser è stato inoltre aggiunto il bloccaggio CEP attivo. Il sistema OPA è stato disseminato con un continuum di luce bianca per la generazione dei tre componenti di colore a fase bloccata e conversione inferiore di frequenza, formando la base del sintetizzatore. Combinando i componenti in un interferometro con la stabilità sotto-ciclo è stata prodotta una forma d'onda multi-colore che aveva energia sufficiente per condurre l'HHG. Potenziare l'HHG era un nuovo esempio delle molte possibili applicazioni di modellazione avanzata dei cicli ottici. La tecnologia sviluppata con il progetto MUSCULAR potrebbe essere applicata ad un certo numero di diversi regimi di interazione luce-materia. Tra questi vi sono gli elettroni Brunel, le cui traiettorie a conduzione di campo possono produrre emissioni di terahertz, riscaldamento del plasma e HHG su specchi al plasma, o accelerazione di particelle laser.

Parole chiave

Controllo della forma d'onda, impulsi laser, forte campo, forme d'onda della luce, fisica dei laser, onde di luce, forma d'onda multicolore, generazione di armoniche superiori, conversione a frequenze inferiori, componenti di colore, fase portatore-invilu

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