À medida que os cientistas sondam a natureza cada vez mais precisamente com pulsos de laser, agora visando o regime de zeptosegundo - um trilionésimo de bilionésimo de segundo e a escala de tempo mais rápida medida - otimizar cada parâmetro desses pulsos pode oferecer medições mais afinadas de propriedades dinâmicas ainda desconhecidas. O comprimento de onda do laser, duração e energia de cada pulso, e a taxa na qual os pulsos são produzidos são todos fatores-chave na observação da dinâmica, como os movimentos do elétron em tempo real de moléculas individuais junto com o movimento de átomos consistentes.

Comprimento de onda longo (infravermelho), pulsos de alta energia produzidos centenas de milhares de vezes por segundo ainda são muito difíceis de produzir. Estas são condições necessárias, Contudo, para criar radiação de raios-X com energia suficiente para superar as interações da água que atualmente limitam o uso da microscopia de raios-X de espécimes vivos.

Uma colaboração de pesquisa baseada na Europa entre o Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO), Espanha, e o Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL), Alemanha, agora relata o desenvolvimento de tal fonte, produzindo pulsos de infravermelho médio (infravermelho médio) de 9,6 watts, a uma taxa de repetição de 160 quilohertz, usando uma geometria de fibra inovadora e um amplificador paramétrico juntos.

Cada pulso consiste em um único ciclo da onda óptica gerada a partir de um fibra de cristal fotônico de núcleo oco que não requer compressão externa, um processamento de sinal externo que outros sistemas normalmente requerem para produzir tais pulsos limpos. Os resultados desta pesquisa serão apresentados durante o OSA Laser Congress, 1-5 de outubro de 2017 em Nagoya, Japão.

"O significado do nosso trabalho é a obtenção da geração de pulso no limite físico final de uma oscilação do campo elétrico no infravermelho médio, e com poder sem precedentes, "disse Ugaitz Elu, estudante de doutorado no ICFO e membro da equipe de pesquisa. “O campo elétrico é reproduzível, fase da portadora para envelope estável, e a aplicação à física de campo forte e geração de alta harmônica deve levar às primeiras formas de onda isoladas na faixa de raio-x forte e zeptosegundo. "

Uma parte vital da produção desses pulsos curtos envolve seu alargamento e compressão precisa. A fim de sobrepor adequadamente o espectro de frequências, a equipe trabalhou para produzir a onda de pulso óptico final.

Espelhos chilreados, que consistem em vários revestimentos empilhados para refletir cada parte do espectro separadamente, são frequentemente usados ​​em sistemas de laser de fibra para obter essa compressão externamente após o alargamento no núcleo preenchido com gás da fibra. Na região do IR médio, Contudo, a fibra absorveria a energia dos pulsos antes de atingir qualquer tipo de alargamento espectral e destruí-lo. A geometria implementada por Elu e seus colaboradores pula completamente esse uso de espelhos chilreados, e atinge alargamento e compressão na fibra.

"Aqui, usamos uma fibra fotônica especialmente projetada, cuja geometria evita tal absorção, "disse Elu." Podemos alcançar alargamento e compressão na mesma fibra sem nenhum espelho chilreado. "

Os regimes de energia e tempo que esta configuração de mesa óptica demonstra permitem uma ampla gama de aplicações, mais notavelmente aqueles decorrentes dos raios-x rígidos coerentes que eles tornam possíveis.

Ter uma ferramenta para capturar a dinâmica com tanta precisão abriria uma janela para assistir, em tempo real, os processos subatômicos de absorção e emissão de energia de elétrons durante as reações químicas. "Nosso sistema é incrivelmente versátil, "Elu disse." Por exemplo, nós o usamos para a autodifração de elétrons, com a qual podemos resolver todos os átomos dentro de uma molécula enquanto uma de suas ligações se quebra. "