Investigadores del Institut national de la recherche scientifique (INRS) han descubierto una forma rentable de sintonizar el espectro de un láser con el infrarrojo, una banda de gran interés para muchas aplicaciones láser. Colaboraron con equipos de investigación austriacos y rusos para desarrollar esta innovación, que ahora es objeto de una solicitud de patente. Los resultados de su trabajo fueron publicados recientemente en Optica , la revista insignia de la Optical Society (OSA).

En este campo de estudio, muchas aplicaciones de láser tienen una ventaja decisiva si la longitud de onda del láser está ubicada y posiblemente sintonizable en la región infrarroja. Sin embargo, este no es todavía el caso de las tecnologías láser ultrarrápidas actuales, y los científicos necesitan explorar varios procesos no lineales para cambiar la longitud de onda de emisión. En particular, el amplificador paramétrico óptico (OPA) ha sido hasta ahora la única herramienta bien establecida para alcanzar esta ventana infrarroja. Aunque los sistemas OPA ofrecen una amplia gama de ajustes, son complejos, a menudo consta de múltiples etapas, y bastante caro.

El equipo del profesor Luca Razzari, en colaboración con el profesor Roberto Morandotti, ha demostrado que la sintonización de longitudes de onda grandes también se puede lograr con un sistema simple y mucho menos costoso:una fibra de núcleo hueco (capilar) llena de nitrógeno. Además, este enfoque entrega fácilmente pulsos ópticos más cortos que los del láser de entrada y con alta calidad espacial. Los investigadores también se beneficiaron de la experiencia del INRS en este campo, ya que el sistema especial para estirar y sujetar tales fibras es comercializado por la puesta en marcha de pocos ciclos.

Ampliación espectral asimétrica

Generalmente, Las fibras de núcleo hueco se llenan con un gas monoatómico como el argón para ampliar simétricamente el espectro del láser y luego recomprimirlo en un pulso óptico mucho más corto. El equipo de investigación descubrió que al usar un gas molecular como el nitrógeno, la ampliación espectral todavía era posible, pero de una manera inesperada.

"En lugar de extenderse simétricamente, el espectro se desplazó de manera impresionante hacia longitudes de onda infrarrojas menos energéticas. Este cambio de frecuencia es el resultado de la respuesta no lineal asociada con la rotación de las moléculas de gas y, como tal, se puede controlar fácilmente variando la presión del gas (es decir, el número de moléculas) en la fibra, "explica el Dr. Riccardo Piccoli, quien dirigió los experimentos en el equipo de Razzari.

Una vez que el haz se amplía hacia el infrarrojo, los investigadores filtran el espectro de salida para mantener solo la banda de interés. Con este enfoque, la energía se transfiere al rango espectral del infrarrojo cercano (con una eficiencia comparable a la de los OPA) en un pulso tres veces más corto que la entrada, sin ningún aparato complejo ni sistema adicional de postcompresión de impulsos.

Una colaboración internacional

Para completar la investigación, los científicos del INRS se unieron a colegas austriacos y rusos. "Combinamos nuestra experiencia después de descubrir en una conferencia cuán similares eran los fenómenos que habían observado nuestros dos grupos, "dice Razzari.

El equipo de investigadores con sede en Viena encabezado por el profesor Andrius Baltuska y el Dr. Paolo A. Carpeggiani tenía una estrategia complementaria a la del INRS. También utilizaron una fibra de núcleo hueco llena de nitrógeno, pero en lugar de filtrar el espectro, lo comprimieron en el tiempo con espejos capaces de ajustar la fase del pulso ampliado. "En este caso, el cambio general en el infrarrojo fue menos extremo, pero el pulso final fue mucho más corto e intenso, perfectamente adaptado a la física de campo fuerte y de attosegundos, "dice el Dr. Carpeggiani.

El equipo con sede en Moscú, dirigido por el profesor Aleksei Zheltikov, enfocado en desarrollar un modelo teórico para explicar estos fenómenos ópticos. Combinando estos tres enfoques, Los investigadores pudieron comprender completamente la compleja dinámica subyacente, así como lograr no solo el desplazamiento extremo al rojo utilizando nitrógeno, pero también una compresión de pulso eficiente en el rango de infrarrojos.

El equipo internacional cree que el método podría satisfacer la creciente demanda de fuentes ultrarrápidas de longitud de onda larga en aplicaciones láser y de campo fuerte. comenzando con sistemas sintonizables de grado industrial menos costosos basados ​​en la tecnología emergente del láser de iterbio.