Fig. 1:Fuente XUV intensa compacta. Se enfoca un pulso NIR (rojo), y se generan altos armónicos en un chorro de gas que se coloca antes o detrás del foco NIR. De este modo, la luz XUV generada tiene un tamaño y una divergencia similares a los del rayo NIR. Debido a la longitud de onda más corta, el foco del rayo XUV es entonces mucho más pequeño que el foco del rayo NIR. Esto permite la generación de pulsos XUV intensos que se utilizan para la ionización de átomos multifotón XUV (ver parte superior). Crédito:Balázs Major
Un equipo internacional de investigadores ha demostrado un nuevo concepto para la generación de radiación ultravioleta extrema intensa (XUV) por generación de altos armónicos (HHG). Su ventaja radica en el hecho de que su huella es mucho menor que la de los láseres XUV intensos existentes en la actualidad. El nuevo esquema es sencillo y podría implementarse en muchos laboratorios de todo el mundo. lo que puede impulsar el campo de investigación de la ciencia ultrarrápida XUV. Los resultados experimentales y teóricos detallados se han publicado en Optica .
La invención del láser ha abierto la era de la óptica no lineal, que hoy juega un papel importante en muchos científicos, aplicaciones industriales y médicas. Todas estas aplicaciones se benefician de la disponibilidad de láseres compactos en el rango visible del espectro electromagnético. La situación es diferente en longitudes de onda XUV, donde se han construido instalaciones muy grandes (los llamados láseres de electrones libres) para generar intensos pulsos XUV. Un ejemplo de ellos es FLASH en Hamburgo que se extiende a lo largo de varios cientos de metros. También se han desarrollado fuentes XUV intensas más pequeñas basadas en HHG. Sin embargo, estas fuentes todavía tienen una huella de decenas de metros, y hasta ahora solo se han demostrado en unas pocas universidades e institutos de investigación en todo el mundo.
Un equipo de investigadores del Instituto Max Born (Berlín, Alemania), ELI-ALPS (Szeged, Hungría) e INCDTIM (Cluj-Napoca, Rumania) ha desarrollado recientemente un nuevo esquema para la generación de pulsos XUV intensos. Su concepto se basa en HHG, que se basa en enfocar un pulso láser de infrarrojo cercano (NIR) en un objetivo de gas. Como resultado, se emiten ráfagas de luz muy cortas con frecuencias que son armónicas del láser de conducción NIR, que por lo tanto se encuentran típicamente en la región XUV. Para poder obtener pulsos XUV intensos, es importante generar tanta luz XUV como sea posible. Esto se logra típicamente generando un foco muy grande del láser impulsor NIR, lo que requiere un gran laboratorio.
Los científicos del Instituto Max Born han demostrado que es posible encoger un láser XUV intenso utilizando una configuración que se extiende sobre una longitud de solo dos metros. Para poder hacerlo, utilizaron el siguiente truco:en lugar de generar luz XUV en el foco del láser de conducción NIR, colocaron un chorro de átomos muy denso relativamente lejos del foco láser NIR, como se muestra en la Fig. 1. Esto tiene dos ventajas importantes:(1) Dado que el haz NIR en la posición del chorro es grande, se generan muchos fotones XUV. (2) El haz XUV generado es grande y tiene una gran divergencia, y por lo tanto se puede enfocar a un tamaño de punto pequeño. La gran cantidad de fotones XUV en combinación con el pequeño tamaño del punto XUV hace posible generar intensos pulsos de láser XUV. Estos resultados fueron confirmados por simulaciones por computadora que fueron realizadas por un equipo de investigadores de ELI-ALPS e INCDTIM.
Para demostrar que los pulsos XUV generados son muy intensos, los científicos estudiaron la ionización de múltiples fotones de átomos de argón. Pudieron multiplicar ionizar estos átomos, conduciendo a estados de carga iónica de Ar 2 + y Ar 3 + . Esto requiere la absorción de al menos dos y cuatro fotones XUV, respectivamente. A pesar de la pequeña huella de esta intensa fuente XUV, la intensidad XUV obtenida de 2 x 10 14 W / cm 2 supera el de muchas fuentes intensas de XUV ya existentes.
El nuevo concepto se puede implementar en muchos laboratorios en todo el mundo, y varias áreas de investigación pueden beneficiarse. Esto incluye espectroscopía de sonda de attosegundo con bomba de attosegundos, lo que hasta ahora ha sido extremadamente difícil de hacer. El nuevo láser compacto XUV intenso podría superar las limitaciones de estabilidad que existen dentro de esta técnica, y podría usarse para observar la dinámica de los electrones en escalas de tiempo extremadamente cortas. Otra área que se espera que se beneficie es la formación de imágenes de objetos a nanoescala, como las biomoléculas. Esto podría mejorar las posibilidades de hacer películas en el nanocosmos en escalas de tiempo de femtosegundos o incluso attosegundos.
