A medida que los científicos sondean la naturaleza con mayor precisión con pulsos de láser, ahora apuntando al régimen de zeptosegundos, una billonésima de milmillonésima de segundo y la escala de tiempo más rápida medida, la optimización de cada parámetro de esos pulsos puede ofrecer mediciones más afinadas de propiedades dinámicas aún desconocidas. La longitud de onda del láser, duración y energía de cada pulso, y la velocidad a la que se producen los pulsos son factores clave en la observación de la dinámica, como los movimientos de electrones en tiempo real de moléculas individuales junto con el movimiento de átomos consistentes.
Longitud de onda larga (infrarrojos), Los pulsos de alta energía producidos cientos de miles de veces por segundo siguen siendo muy difíciles de producir. Estas son condiciones necesarias, sin embargo, para crear radiación de rayos X con suficiente energía para superar las interacciones del agua que actualmente limitan el uso de microscopía de rayos X de especímenes vivos.
Una colaboración de investigación con sede en Europa entre el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), España, y el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL), Alemania, ahora informa el desarrollo de dicha fuente, producir pulsos de infrarrojo medio (IR medio) de 9,6 vatios, a una tasa de repetición de 160 kilohercios, mediante el uso de una geometría de fibra innovadora y un amplificador paramétrico juntos.
Cada pulso consta de un solo ciclo de la onda óptica generada a partir de un gas, Fibra de cristal fotónico de núcleo hueco que no requiere compresión externa, un procesamiento de señal externa que normalmente requieren otros sistemas para producir pulsos tan limpios. Los resultados de esta investigación serán presentados durante el OSA Laser Congress, 1-5 de octubre de 2017 en Nagoya, Japón.
"La importancia de nuestro trabajo es el logro de la generación de pulsos en el límite físico final de una oscilación del campo eléctrico en el IR medio, y con un poder sin precedentes, "dijo Ugaitz Elu, estudiante de doctorado en ICFO y miembro del equipo de investigación. "El campo eléctrico es reproducible, estable entre la portadora y la envolvente, y la aplicación a la física de campo fuerte y la generación de armónicos altos deberían conducir a las primeras formas de onda aisladas en el rango de rayos X duros y zeptosegundos ".
Una parte vital de la producción de pulsos tan cortos implica su ampliación y compresión precisa. Para superponer adecuadamente el espectro de frecuencias, el equipo trabajó para producir la onda de pulso óptica final.
Espejos chirriantes, que consisten en múltiples recubrimientos apilados para reflejar cada parte de los espectros por separado, se utilizan a menudo en sistemas de láser de fibra para lograr esta compresión externamente después de ensancharse en el núcleo lleno de gas de la fibra. En la región del IR medio, sin embargo, la fibra absorbería la energía de los pulsos antes de lograr cualquier tipo de ensanchamiento espectral y destruirla. La geometría implementada por Elu y sus colaboradores omite este uso de espejos chirriantes por completo, y logra tanto el ensanchamiento como la compresión en la fibra.
"Aquí, utilizamos una fibra de banda prohibida fotónica específicamente diseñada cuya geometría evita dicha absorción, ", dijo Elu." Podemos lograr el ensanchamiento y la compresión en la misma fibra sin ningún chirrido de espejos ".
Los regímenes de energía y tiempo que demuestra esta configuración óptica de sobremesa permiten una amplia gama de aplicaciones, sobre todo las que se derivan de las radiografías duras y coherentes que hacen posible.
Tener una herramienta para capturar la dinámica con tanta precisión abriría una ventana para mirar, en tiempo real, los procesos subatómicos de los electrones que absorben y emiten energía durante las reacciones químicas. "Nuestro sistema es increíblemente versátil, "Elu dijo." Por ejemplo, lo usamos para la autodifracción de electrones con la que podríamos resolver todos los átomos dentro de una molécula mientras se rompía uno de sus enlaces ".
