Quando feixes de pulsos de laser ultracurtos correndo na mesma direção se cruzam em um ângulo perceptível, várias interações ocorrem entre os pulsos. Esses fenômenos físicos são complicados, e sua descrição matemática torna-se computacionalmente complexa. Para realizar as simulações adequadas, clusters inteiros de computador devem ser ativados. A última versão do software Hussar torna possível realizar os cálculos mesmo em um laptop comum.

Pulsos de luz que duram milionésimos de um bilionésimo de segundo agora desempenham um papel fundamental em muitos experimentos e sistemas de medição. Quando há mais de um feixe de laser com pulsos, suas interações mútuas dão origem a efeitos interessantes. Infelizmente, modelagem desses efeitos tem, até aqui, foi difícil. Quando os feixes sobrepostos funcionam de forma colinear, a modelagem de sua influência mútua pode ser realizada sem aproximações, com relativa rapidez e eficiência. Contudo, em muitas aplicações, os pulsos de laser ultracurtos têm que convergir em um ângulo. A descrição matemática dos fenômenos ocorrentes torna-se então tão complicada que, para que as simulações sejam concluídas em um tempo razoável, clusters inteiros de computador devem ser envolvidos. Agora, graças ao software Hussar do Centro de Laser do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) e da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, qualquer pessoa pode realizar as simulações apropriadas até mesmo em um computador comum.

"As mudanças introduzidas na última versão do programa de Hussardos são radicais. Experimentos, que até agora não podia ser simulado nem mesmo por grandes centros de laser, agora pode ser projetado - e depois de um certo tempo, provavelmente também realizada - por pesquisadores de laboratórios muito menores, "diz o Dr. Tomasz Kardas (IPC PAS), autor do software.

Até agora, para descrever com precisão a interação de dois ou mais feixes convergentes de pulsos eletromagnéticos ultracurtos, o método FDTD (Finite Difference Time Domain) foi usado, usando equações de Maxwell completas. Em termos de cálculo, O FDTD é extremamente demorado:uma única simulação leva muitos dias para os supercomputadores. A situação foi agravada pelo fato de que mesmo após o envolvimento de clusters computacionais os resultados obtidos em um tempo aceitável foram para pequenos volumes, frequentemente, apenas micrômetros de tamanho. Por estas razões, aqueles que lidam com ópticos a laser usaram os chamados métodos unidirecionais, especialmente aqueles que usam a equação conhecida como NLSE (Equação de Schrödinger não linear) e a menos conhecida, mas mais precisa UPPE (Equação de Propagação de Pulso Unidirecional).

Essas equações permitiram simulações de propagação de pulso em longas distâncias, mesmo na ordem de metros. Simultaneamente, eles também impunham uma séria limitação:as vigas sobrepostas tinham que ser praticamente alinhadas (resultados aproximados podiam ser obtidos para desvios de vigas não superiores a um grau).

"Por algum tempo agora, temos desenvolvido nosso próprio software que simula sem aproximações o que acontece quando os pulsos de laser de femtossegundos se sobrepõem, naturalmente levando em consideração os chamados fenômenos não lineares. Como outros, estávamos limitados a feixes colineares por razões computacionais. Felizmente, recentemente fomos capazes de melhorar significativamente a descrição matemática e usar abordagem unidirecional para modelagem de vigas em suas encruzilhadas. Aproveitamos a ocasião para criar algumas ferramentas interessantes como, por exemplo, algoritmo de rotação de campo elétrico de pulso que é mil vezes mais rápido do que a interpolação normalmente usada para esta finalidade, "explica o Dr. Kardas e enfatiza que os testes do software modernizado foram possíveis, entre outros, graças à cooperação com o Centro Interdisciplinar de Modelagem Matemática e Computacional da Universidade de Varsóvia.

A última versão do programa Hussar torna possível projetar, por exemplo, um dispositivo para fluorescência resolvida no tempo. Esses dispositivos usam o fato de que, quando um laser de femtossegundo entra no interior de um cristal não linear junto com um sinal de fluorescência semanal, um terceiro feixe aparece, com frequência sendo a soma de ambas as frequências dos feixes primários. O sinal de fluorescência pode, portanto, ser somado com o pulso de disparo, que fornece uma informação exata sobre o tempo de ocorrência da fluorescência. Os processos descritos, Contudo, tornam-se particularmente eficientes quando o ângulo entre os impulsos de interação é de cerca de 20 graus. Simular tais sistemas foi além das capacidades do software existente. Agora, Contudo, usando o programa Hussar, feixes que se cruzam em ângulos de até 140 graus podem ser modelados.

O software aprimorado permite o projeto de experimentos ópticos que precisavam ser aprimorados em laboratórios por meio de experimentos iterativos dispendiosos. Por exemplo, se um dos pulsos é muito forte, ele muda os arredores do meio pelo qual viaja. Como resultado, o segundo pulso se comporta como se estivesse passando por uma lente induzida pelo primeiro pulso e, conseqüentemente, começa a focar. Este fenômeno torna possível construir instantâneos ultrarrápidos, com um tempo de "obturação" da ordem dos femtossegundos. Esse experimento agora pode ser projetado e executado com uma única iteração por um pequeno laboratório óptico. Por outro lado, Hussar também pode ajudar em grandes projetos ópticos como design de amplificadores paramétricos não colineares. Esses instrumentos podem aumentar a potência dos lasers de laboratório até mesmo para valores contados em petawatts. Existem possibilidades igualmente interessantes no que diz respeito a sistemas ópticos com três ou mais feixes. Aparelhos com este tipo de construção são usados, entre outros, em 2-D-IR bidimensional e espectroscopia de eco de fótons.