Fig.1:(a) Se puede seleccionar un color específico de una fuente de luz de banda ancha usando, por ejemplo, un prisma o una rejilla. Esto viene sin embargo, a costa de perder la mayor parte de la luz. (b) Al aplicar una técnica óptica no lineal como la mezcla de cuatro ondas en criptón, es posible generar un color específico utilizando toda la luz disponible en diferentes colores. Crédito:Copyright:MBI
Investigadores del Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopía de Pulso Corto (MBI) han desarrollado un nuevo método para modificar el ancho espectral de la luz ultravioleta extrema (XUV). Empleando un esquema novedoso de emparejamiento de fases en la mezcla de cuatro ondas, podrían comprimir el ancho espectral de la luz de banda ancha inicial en más de cien veces. Los resultados experimentales y teóricos detallados se han publicado en Fotónica de la naturaleza .
Luz, como lo emite el sol, consta de muchas longitudes de onda y normalmente aparece como blanco. Algunas veces, sin embargo, solo ciertos colores llegan a nuestros ojos, conduciendo a fenómenos asombrosos como un resplandor crepuscular. Para aplicaciones técnicas o científicas que requieran un color específico, Se pueden utilizar rejillas y prismas para extraer este color de la luz blanca. Sin embargo, la mayor parte de la luz entrante se pierde durante este proceso, y la intensidad de la luz a la salida es muy baja.
Las técnicas ópticas no lineales han hecho posible cambiar el color de la luz y modificar su ancho de banda espectral sin comprometer la intensidad. Como se ilustra en la Fig.1, esto permite la generación de luz con un color específico a partir de luz de banda ancha (como la luz blanca) o viceversa. Estas técnicas se aplican ampliamente en espectroscopia, imagen y para la generación de pulsos láser ultracortos. Sin embargo, Las técnicas ópticas no lineales no están fácilmente disponibles en la región XUV del espectro electromagnético. Esta región es de creciente interés para diversas aplicaciones, incluyendo ciencia de attosegundos y litografía EUV.
Un equipo de investigadores del Instituto Max Born ha demostrado recientemente un nuevo concepto para generar pulsos láser de banda estrecha en el rango XUV. Combinaron luz blanca de banda ancha en la región visible con luz de amplio espectro en la región ultravioleta de vacío (VUV). Después de que ambos pulsos de luz se propagaran simultáneamente a través de un denso chorro de átomos de criptón, Se generó un nuevo pulso láser en la gama XUV. Notablemente, el ancho espectral del nuevo pulso XUV era más de cien veces más estrecho en comparación con los pulsos iniciales visibles y VUV.
Los científicos emplearon un esquema conocido como mezcla de cuatro ondas, donde un átomo de criptón absorbe dos fotones visibles y un fotón VUV, que conduce a la emisión de un fotón XUV. Debido a la conservación de energía, el fotón XUV emitido debe tener una frecuencia igual a la suma de las frecuencias de los tres fotones absorbidos. Al mismo tiempo, debido a la conservación del impulso, la velocidad de la onda de luz entrante debe coincidir con la velocidad de la onda saliente dentro del medio de mezcla. Esta velocidad cambia muy rápido cerca de una resonancia atómica.
Fig. 2:Esquema de compresión espectral XUV:El índice de refracción en función de la energía del fotón se muestra mediante la curva de trazos rojos. En la región alrededor de 9.2 eV cambia de manera comparablemente lenta (lado izquierdo), mientras que cambia muy rápido en la región alrededor de 12.365 eV. Por lo tanto, una absorción de banda ancha (área azul) puede conducir a una emisión de banda estrecha (área violeta) con la ayuda de dos fotones visibles (mostrados por las flechas). Crédito:Copyright:MBI
Para generar la banda láser XUV de banda estrecha, los investigadores eligieron un rango espectral VUV bastante alejado de cualquier resonancia y un rango XUV objetivo entre dos resonancias. Al hacerlo, pudieron hacer coincidir las velocidades de una amplia gama de longitudes de onda entrantes con una región estrecha de longitudes de onda salientes. En la figura 2, En el lado izquierdo, Se indica la absorción en el VUV en un amplio rango espectral (área azul). La curva de trazos rojos indica el índice de refracción dependiente de la frecuencia, que es una medida de la velocidad de la luz. En el lado derecho, Se muestra una región espectral estrecha en el rango XUV (área violeta). En estas regiones, la luz viaja aproximadamente a la misma velocidad, es decir., con un índice de refracción similar. Estas velocidades pueden coincidir con las flechas casi horizontales que indican los fotones en el espectro visible. La ilustración muestra que esto permite convertir un espectro VUV de banda ancha con una dependencia de la velocidad de onda relativamente plana en un pulso XUV de banda estrecha, donde la dependencia de la longitud de onda y la velocidad es casi vertical.
La generación de pulsos XUV de banda estrecha es interesante para aplicaciones como espectroscopía electrónica, la investigación de transiciones resonantes, y la formación de imágenes difractivas coherentes de estructuras a nanoescala. En el futuro, el nuevo método también podría usarse en la dirección opuesta, es decir., para ampliar espectralmente los pulsos XUV, lo que puede resultar en la generación de pulsos XUV muy cortos a partir de fuentes como láseres de electrones libres y láseres de rayos X suaves.
