La primera demostración del láser en 1960 fue seguida rápidamente por el nacimiento de un nuevo campo de investigación:la óptica no lineal. Las propiedades únicas de coherencia de la emisión estimulada, el proceso físico fundamental de la radiación láser, ha permitido intensidades que superan las de las fuentes incoherentes en muchos órdenes de magnitud. Las intensidades altas impulsan a los electrones con tanta fuerza que oscilan con frecuencias diferentes a las del campo de luz impulsora. La emisión de dipolo subsiguiente puede ser extremadamente colorida. Los filamentos de fibra óptica o láser se han utilizado como guías de ondas durante décadas para maximizar este efecto y generar pulsos de luz de banda ancha extrema.

Sin embargo, si los pulsos de láser transportan demasiada energía, la fibra sufre daños y los filamentos de luz se rompen, de modo que se pierden las propiedades espaciales únicas de la radiación láser. Investigadores del Electron-Synchrotron alemán DESY en Hamburgo, Alemania, y el Instituto Helmholtz de Jena, Alemania, ahora han informado sobre un nuevo método para guiar la luz de una manera escalable en energía. La guía se logra mediante el uso de dos espejos de reenfoque y el espaciado cuidadoso de ventanas de vidrio delgadas no lineales.

Los científicos han informado en una publicación reciente en Ultrafast Science que los pulsos de luz ganan más de 30 veces su ancho de banda inicial en tal configuración y, en consecuencia, pueden comprimirse por el mismo factor. Esto acorta su duración y aumenta considerablemente su potencia máxima. Sorprendentemente, estos experimentos se realizaron con pulsos de láser que superan el límite de potencia máxima en fibras de vidrio por un factor de 40. Sin embargo, a pesar de la propagación a través de unos 40 cm de vidrio en total, la calidad del haz y la energía del pulso se mantuvieron altas. "Hemos combinado elegantemente dos enfoques recientes para extender el ancho de banda de los pulsos ultracortos. Sin embargo, la configuración óptica es realmente simple. Todas las ópticas que usamos en nuestro esquema de ampliación espectral eran artículos de stock. Esto y las excelentes propiedades de ruido hacen que nuestro enfoque sea ampliamente aplicable, " dice el Dr. Marcus Seidel, autor principal de la publicación.

El Dr. Christoph Heyl, líder de grupo junior en DESY y el Instituto Helmholtz Jena, agrega que "existe una clara tendencia en la tecnología láser ultrarrápida hacia fuentes de energía promedio altas que a menudo solo pueden generar pulsos con duraciones de nivel de picosegundos. Nuestro método presenta una energía -, tamaño y enfoque rentable para convertir estos láseres en fuentes pulsadas con solo decenas de femtosegundos de duración con gigavatios de potencia máxima".

El régimen de femtosegundos es la escala de tiempo del movimiento molecular que se puede rastrear y manipular con pulsos ultracortos. Además, los pulsos de femtosegundos son demasiado rápidos para permitir la generación de calor después de la ionización. Esto se aprovecha ampliamente en el procesamiento de materiales con láser. El enfoque de compresión de pulso se ha utilizado en la instalación de láser de electrones libres FLASH de DESY durante varios meses. Ha permitido a los científicos tomar instantáneas precisas de la dinámica molecular en nuevos materiales cuánticos.

"Los usuarios de nuestras instalaciones están muy contentos con él", dice el Dr. Seidel y mira hacia el futuro:"Estaríamos encantados, por supuesto, si esta tecnología permite experimentos científicos de vanguardia en DESY y muchos otros institutos de todo el mundo".

El equipo del Dr. Heyl ha publicado recientemente simulaciones que muestran la extensión del enfoque demostrado a potencias máximas de teravatios y energías de pulsos a nivel de julios. La implementación de este experimento de aumento de energía abrirá la puerta a aplicaciones completamente nuevas.

"El ensanchamiento espectral y la compresión de pulsos han sido identificados como los métodos clave para avanzar en la física de campo fuerte por el premio Nobel de 2018 Gérard Mourou", dice el Dr. Heyl. "Con la nueva tecnología, su predicción puede tomar forma. Ya estamos instalando un primer acelerador de partículas basado en células de paso múltiple compacto en nuestros laboratorios. Esperamos que el concepto también tenga un impacto en la futura radioterapia y posiblemente incluso en la tecnología láser". fusión basada". + Explora más

Fuente de pulsos de attosegundos de 100 kHz de alto flujo impulsada por un rayo láser anular de potencia media alta