Un equipo de investigación del centro RIKEN de Fotónica Avanzada y la Universidad de Tokio ha desarrollado un nuevo tipo de interferómetro para resolver las franjas que se originan tanto de la interferencia óptica de los pulsos de attosegundos como de la interferencia cuántica de los estados electrónicos en una materia. Han demostrado la viabilidad de su interferómetro mediante la división posterior a la generación de pulsos armónicos de alto orden con un experimento que utiliza una muestra de átomos de helio. Presentan su trabajo en la revista Ultrafast Science .

La interferencia de tipo Ramsey entre múltiples estados cuánticos en el dominio del tiempo es una de las técnicas cruciales para investigar la dinámica cuántica en una materia. Lo que es más importante, se necesita una energía fotónica mucho mayor para resolver dinámicas mucho más rápidas en esta técnica de interferencia, porque el período marginal de la interferencia es inversamente proporcional a la energía fotónica.

Como resultado, se requiere una energía fotónica de más de 20 eV, que es equivalente a la región de longitud de onda en el ultravioleta extremo (XUV), para resolver la dinámica cuántica en el régimen de attosegundos. El pulso armónico de alto orden (HH) del pulso láser de femtosegundo visible infrarrojo intenso es una fuente de luz prometedora para esta técnica.

"Sin embargo, fue muy difícil generar un par de pulsos HH coherentes", dice Nabekawa de RIKEN. "Porque no podemos fabricar un medio espejo en la región de longitud de onda XUV como se suele fabricar en la región de longitud de onda visible". Hasta ahora, los investigadores han hecho uso de un par de pulsos de femtosegundos fundamentales coherentes emitidos desde un interferómetro convencional antes de generar el pulso HH.

"El retraso de tiempo entre el par de pulsos no puede acercarse a 0", dice Nabekawa, señalando un inconveniente del esquema convencional. "Esto se debe a la fuerte perturbación del proceso altamente no lineal de la generación de HH en la superposición temporal del par de pulsos láser fundamentales".

El equipo de investigación ha resuelto este problema colocando un interferómetro recientemente desarrollado detrás del generador de HH para dividir directamente el pulso de HH en un par. En este interferómetro, el pulso HH se divide espacialmente con reflejos cerca o alrededor de los límites de dos espejos de Si configurados en paralelo situados lo más cerca posible.

Por lo tanto, la interferencia del par HH surge en el perfil espacial del par de pulsos HH enfocado. "[La] idea clave es que recogemos los átomos solo en la región donde el par de pulsos HH interfiere espacialmente", explica Matsubara de U. Tokyo. "Para hacerlo, hemos enfocado firmemente el pulso del tercer armónico (TH) en la región de interferencia del par de pulsos HH como un pulso de prueba".

En el experimento, el pulso TH se separa frente al interferómetro HH, pasa por un interferómetro tipo Mach-Zehnder con retardo ajustable y se combina con el par de pulsos HH. El par de pulsos HH y el pulso TH copropagado se enfocan en un chorro de gas helio inyectado en un espectrómetro de electrones, que registra las distribuciones angulares y los espectros de energía cinética de los electrones separados de los átomos de helio con ionización.

Un átomo de helio en el estado electrónico fundamental se excita al estado 2p al absorber un fotón del pulso HH 13 y luego se fotoioniza por el pulso de la sonda TH irradiado aproximadamente 184 fs después. "Hemos distinguido claramente el espectro de electrones 2p de los otros espectros de electrones mediante el análisis de la distribución angular", dice Ishikawa de U. Tokyo, quien fue responsable del cálculo ab initio de dos electrones de dimensión completa de la distribución angular de los electrones 2p.

El rendimiento de los electrones 2p se ha modulado con el retraso de exploración entre los dos pulsos HH. El periodo de modulación ha sido de 200 as, lo que equivale a la inversa de la energía de excitación al estado 2p, 21,2 eV. Esta es evidencia de interferencia de tipo Ramsey en el régimen de attosegundos. "Las franjas de interferencia continúan desde el tiempo de retardo 0 hasta el tiempo de retardo mucho más largo que el tiempo de coherencia del pulso HH 13. Esta es la transición perfecta de la interferencia óptica de los pulsos XUV a la interferencia cuántica de los estados electrónicos nunca antes observada. ", dice Nabekawa.

Matsubara dice que "este enfoque novedoso debería facilitar la investigación de la evolución temporal ultrarrápida de la coherencia entre los estados electrónicos junto con la dinámica nuclear en una molécula". + Explora más

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