Um grupo de pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia acaba de publicar um relatório sobre o desenvolvimento de um dispositivo triplo em miniatura para gerar pulsos de laser de femtossegundos no espectro UV. O dispositivo tem eficiência três vezes maior do que as configurações usadas anteriormente, e cabe na ponta do dedo, graças a um pacote de software exclusivo desenvolvido em Varsóvia durante a fase de design.

Com novas tecnologias, lasers cobrem um espectro crescente, mas alguns comprimentos de onda ainda não são facilmente acessíveis. Isso inclui a banda ultravioleta (UV) em torno de 300 nm, especialmente se forem necessárias durações de pulso curtas e / ou altas intensidades. Muitas vezes, Os pulsos de UV são gerados por meio de processos não lineares, como geração de segundo harmônico ou geração de frequência de soma, em que novos fótons com energia mais alta e uma nova cor são formados pela soma da energia dos fótons do pulso fundamental. A eficiência desses processos é baixa, Contudo.

Por muitos anos, modelos analíticos de propagação de luz ou simulações numéricas simples foram usados ​​para projetar conversores de frequência. Eles permitiram que os cientistas ajustassem os parâmetros do dispositivo, normalmente, um de cada vez. Essa abordagem resultou na estagnação das eficiências de conversão de lasers infravermelhos de femtossegundos não amplificados para o terceiro harmônico UV em cerca de 10 por cento.

"Foi como vir para o laboratório, ajustando um botão aqui, um botão lá, enquanto olha para a potência de saída de UV e tenta maximizá-la. E 10 por cento é o melhor que se pode obter com esta abordagem, "diz Michal Nejbauer, da equipe de pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, Polônia.

Mas o aumento do poder computacional combinado com truques de programação inteligentes permitiu a otimização global do processo de conversão de frequência de infravermelho para UV pela primeira vez.

"Nosso recém-desenvolvido, pacote de simulação de código aberto, chamado Hussar, permite que até mesmo um usuário inexperiente construa um complexo, tridimensional, simulações precisas de propagação e interação de múltiplos pulsos usando blocos simples:parâmetros de pulso de entrada, propriedades materiais da mídia e os processos envolvidos, "explica Tomasz Kardas, quem desenvolveu o software. "Assim que definirmos os parâmetros de pulso de entrada, como energia, duração e perfil espacial do feixe, essencialmente, começamos a pesquisar o melhor projeto em um grande espaço de parâmetros:as espessuras não lineares do cristal, o tamanho do feixe, a posição da cintura do feixe, etc. E, para nossa surpresa, uma vez que encontramos esses valores ideais, construiu o dispositivo e mediu seu desempenho, os pulsos de UV de saída foram exatamente como simulados. Esse tipo de acordo quantitativo entre o que se obtém na tela e as medidas no laboratório é bastante incomum na óptica não linear. "

Mas aumentando a eficiência do processo triplicando por um fator de três, acima de 30 por cento, foi apenas o primeiro passo. Os pesquisadores também buscavam a miniaturização. Em vez de usar vários componentes montados na mesa do laboratório, seu terceiro gerador harmônico (triplo) é apenas um minúsculo bloco de cristais empilhados.

"Na verdade, o suporte de metal de uma polegada que mantém todos os elementos juntos é a maior parte de toda a configuração, "explica Pawel Wnuk, que assumiu um papel de liderança nos experimentos de caracterização de dispositivos. Como resultado, o protótipo do triplo tem o volume total cerca de 1000 vezes menor do que os designs tradicionais.