Los investigadores han combinado un sistema de láser de fibra con avances recientes en células de paso múltiple para crear un láser con una combinación única de pulsos de pocos ciclos a una potencia promedio alta. energía de pulso y tasa de repetición y con operación estable de fase de envolvente de portadora (CEP). Estas características hacen que el nuevo láser sea ideal para impulsar fuentes de attosegundos de próxima generación, como los de la Extreme Light Infrastructure (ELI) en Europa.

ELI, la infraestructura láser de alta potencia más grande y avanzada del mundo, se utilizará para investigar las interacciones luz-materia en las intensidades más altas y escalas de tiempo más cortas. Las líneas de haz de la fuente de pulsos de luz de attosegundos de ELI proporcionarán un rendimiento sin precedentes en la generación de pulsos de attosegundos aislados y, por lo tanto, tienen requisitos de sistema láser muy exigentes.

Steffen Hädrich de Active Fiber Systems GmbH en Alemania presentará el nuevo láser en la conferencia web virtual Optica (anteriormente OSA) Laser Congress del 3 al 7 de octubre de 2021. La charla de Hädrich está programada para el lunes, 4 de octubre a las 11:30 EDT (UTC 04:00).

"El desarrollo de un sistema láser tan exclusivo abre nuevas perspectivas para las fuentes secundarias, p.ej. para la generación de pulsos de attosegundos aislados con parámetros sin precedentes, ", dijo Hädrich. Estos, a su vez, prometen avanzar en la comprensión de los procesos electrónicos en escalas de tiempo y duración fundamentales y contribuir a nuevos descubrimientos en biología, química, física y medicina ".

Para crear un sistema láser que pueda satisfacer las necesidades de ELI y otras aplicaciones científicas, los investigadores desarrollaron un sistema de amplificación de pulsos con chirridos de fibra que combina coherentemente ocho canales de amplificación. Este sistema emite pulsos de 300 fs que luego se comprimen hasta el régimen de pocos ciclos utilizando dos celdas de paso múltiple. La primera celda de paso múltiple utiliza espejos dieléctricos estándar para lograr pulsos de 1,7 mJ con una duración inferior a 35 fs. La segunda celda utiliza espejos a base de metal para lograr una duración de pulso de solo 5,8 fs con una energía de pulso de 1,1 mJ, Potencia media de 110 W y tasa de repetición de 100 kHz.

Se necesita una operación CEP estable para utilizar completamente la alta potencia promedio y la rápida tasa de repetición del láser. Los investigadores lograron esto midiendo el CEP de cada pulso utilizando un único medidor de fase estéreo ATI que puede caracterizar el ruido en todo el espectro de frecuencias. Las mediciones de CEP se enviaron a un controlador PID, creando un circuito de retroalimentación que permitió ~ 400 mrad de ruido CEP.

"Demostramos los pulsos más cortos y la potencia promedio comprimida más alta que se ha logrado para MPC de pocos ciclos con 110 W a la frecuencia de repetición de pulsos de 100 kHz, ", dijo Hädrich." Con nuevas mejoras, también esperamos lograr pronto menos de 300 mrad de ruido CEP ".

Hädrich agrega, "El sistema láser presentado cumple con los requisitos del láser HR1 de ELI-ALPS. Estamos en el proceso de escalar este enfoque hacia los parámetros HR2, es decir, implementar este concepto para la demostración de un 500W, 5 mJ, Sistema láser 6fs CEP-estable ".