Láser ultrarrápido para la ciencia de los attosegundos.

láser ultrarrápidopara la ciencia del attosegundo
Actualmente, los pulsos de attosegundos se obtienen principalmente mediante la generación de armónicos de alto orden (HHG) impulsada por campos intensos. Su generación se basa en la ionización, aceleración y recombinación de electrones por un campo eléctrico láser intenso, que liberan energía y emiten pulsos XUV de attosegundos.
Por lo tanto, la salida de attosegundos es extremadamente sensible al ancho del pulso, la energía, la longitud de onda y la frecuencia de repetición del mismo.láser de accionamiento(Láser ultrarrápido): un ancho de pulso más corto es beneficioso para aislar pulsos de attosegundos, una mayor energía mejora la ionización y la eficiencia, una longitud de onda más larga aumenta la energía de corte pero reduce significativamente la eficiencia de conversión, y una mayor frecuencia de repetición mejora la relación señal-ruido pero está limitada por la energía de un solo pulso. Diferentes aplicaciones (como la microscopía electrónica, la espectroscopia de absorción de rayos X, el conteo de coincidencias, etc.) tienen diferentes énfasis en el índice de pulso de attosegundos, lo que plantea requisitos diferenciados y completos para los láseres de excitación. Mejorar el rendimiento de los láseres de excitación es crucial para su uso en la ciencia de los attosegundos.

Cuatro rutas tecnológicas clave para mejorar el rendimiento de los láseres de accionamiento (láser ultrarrápido)
1. Mayor energía: Diseñado para superar la baja eficiencia de conversión de HHG y obtener pulsos de attosegundos de alto rendimiento. La evolución tecnológica ha pasado de la amplificación de pulsos chirpeados (CPA) tradicional a la familia de amplificación paramétrica óptica, que incluye la amplificación de pulsos chirpeados paramétrica óptica (OPCPA), OPA chirpeada dual (DC-OPA), OPA en el dominio de la frecuencia (FOPA) y OPCPA de cuasi coincidencia de fase (QPCPA). Además, se combinan las técnicas de síntesis de síntesis de haz coherente (CBC) y amplificación por división de pulso (DPA) para superar las limitaciones físicas de los amplificadores de un solo canal, como los efectos térmicos y el daño no lineal, y lograr una salida de energía de nivel Joule.
2. Ancho de pulso más corto: Diseñado para generar pulsos de attosegundos aislados que pueden usarse para analizar la dinámica electrónica, requiriendo pocos o incluso pulsos de excitación subperiódicos y una fase de envolvente de portadora (CEP) estable. Las principales tecnologías incluyen el uso de técnicas de postcompresión no lineal como fibra de núcleo hueco (HCF), película delgada múltiple (MPSC) y cavidad multicanal (MPC) para comprimir el ancho de pulso a longitudes extremadamente cortas. La estabilidad de la CEP se mide usando un interferómetro f-2f y se logra a través de mecanismos de retroalimentación/prealimentación activa (como AOFS, AOPDF) o mecanismos de autoestabilización totalmente ópticos pasivos basados ​​en procesos de diferencia de frecuencia.
3. Longitud de onda más larga: Diseñada para llevar la energía de los fotones de attosegundos a la banda de la “ventana del agua” para la obtención de imágenes de biomoléculas. Las tres principales vías tecnológicas son:
Amplificación paramétrica óptica (OPA) y su cascada: Es la solución principal en el rango de longitud de onda de 1 a 5 μm, utilizando cristales como BiBO y MgO: LN; >Se requieren cristales como ZGP y LiGaS ₂ para la banda de longitud de onda de 5 μm.
Generación de frecuencia diferencial (DFG) y frecuencia diferencial intrapulso (IPDFG): pueden proporcionar fuentes semilla con estabilidad CEP pasiva.
La tecnología láser directa, como los láseres de calcogenuro dopados con metales de transición Cr: ZnS/Se, se conoce como el "zafiro de titanio de infrarrojo medio" y tiene las ventajas de una estructura compacta y una alta eficiencia.
4. Mayor frecuencia de repetición: destinada a mejorar la relación señal-ruido y la eficiencia de adquisición de datos, y a abordar las limitaciones de los efectos de carga espacial. Dos vías principales:
La tecnología de cavidades resonantes mejoradas, que utiliza cavidades resonantes de alta precisión para aumentar la potencia máxima de pulsos de frecuencia repetitiva de nivel megahercio para impulsar la generación de armónicos de alto orden (HHG), se ha aplicado en campos como los peines de frecuencia XUV, pero la generación de pulsos de attosegundos aislados aún plantea desafíos.
Alta tasa de repetición yláser de alta potenciaLa excitación directa, que incluye OPCPA, CPA de fibra combinado con postcompresión no lineal y oscilador de película delgada, ha logrado la generación aislada de pulsos de attosegundos a una frecuencia de repetición de 100 kHz.