Os físicos do laser baseados no Laboratório de Física do Atossegundo, administrado pelo Instituto Max Planck de Óptica Quântica e pela Universidade Ludwig-Maximilian, pela primeira vez, gerou solitons dissipativos no passivo, ressonadores de espaço livre.

Solitons são as mais estáveis ​​de todas as ondas. Sob condições que resultam na dispersão de todas as outras formas de onda, um soliton continuará imperturbável em seu caminho solitário, sem alterar sua forma ou velocidade nem um pouco. As propriedades auto-estabilizadoras dos solitons explicam sua imensa importância para o campo da óptica do laser, em particular para a geração de pulsos de luz ultracurtos. Uma equipe liderada pelo Dr. Ioachim Pupeza no Laboratório de Física de Attosegundos (LAP) em Munique, que é administrado em conjunto pelo Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) e a Universidade Ludwig-Maximilian (LMU), agora gerou solitons ópticos em ressonadores passivos de espaço livre pela primeira vez. A técnica permite comprimir pulsos de laser enquanto aumenta sua potência de pico, abrindo novas aplicações para cavidades de aprimoramento de espaço livre na exploração de dinâmica ultrarrápida e em espectroscopia de precisão.

O jovem engenheiro John Scott Russell observou pela primeira vez a formação de uma onda de água solitária em um canal em Edimburgo em 1834. Ele a seguiu a cavalo, e descobriu que se propagava a uma velocidade constante por quilômetros sem mudar sua forma. Ele até construiu uma caixa d'água em seu jardim para investigar o fenômeno. Mas ele não poderia ter previsto o significado subsequente dessa forma de onda de 'soliton' para ramos da física além da área de dinâmica de fluidos. Hoje, solitons ópticos são um componente indispensável da tecnologia de laser, especialmente na investigação de óptica quântica e dinâmica ultra-rápida.

Os físicos do Laboratório de Física de Attosegundos executado pelo MPQ e LMU têm agora, pela primeira vez, conseguiu produzir sólidos ópticos temporais em um ressonador de espaço livre passivo. Para fazer isso, eles acoplaram pulsos de laser infravermelho de 350 femtossegundos com um comprimento de onda de 1035 nanômetros e uma taxa de repetição de 100 MHz, em um ressonador óptico passivo recém-projetado composto de quatro espelhos e uma placa de safira fina.

"A passagem do campo eletromagnético do pulso óptico causa uma mudança não linear no índice de refração do cristal, "explica Nikolai Lilienfein, primeiro autor do artigo publicado. "Isso resulta em uma mudança de fase dinâmica, que compensa totalmente a dispersão que ocorre no ressonador, enquanto, ao mesmo tempo, amplia o espectro do pulso. "Uma vez que as perdas de potência que inevitavelmente ocorrem no ressonador são simultaneamente compensadas pela fonte de laser acoplada interferometricamente, um soliton pode, em princípio, circular ad infinitum no ressonador. Além disso, os pesquisadores desenvolveram um método altamente eficiente para controlar a entrada de energia para o soliton da cavidade. Em combinação, essas medidas permitiram à equipe comprimir a duração dos pulsos de entrada em quase uma ordem de magnitude para 37 femtossegundos, enquanto aumentava sua potência de pico por um fator de 3200.

Essa tecnologia de ressonador de aprimoramento abre novas oportunidades para a geração de trens de pulsos de attossegundos ultravioleta (XUV) extremamente precisos (um attossegundo dura um bilionésimo de um bilionésimo de segundo). Isso, por sua vez, pode permitir aos pesquisadores caracterizar a dinâmica dos processos subatômicos - e, em particular, observar os movimentos dos elétrons - com ainda mais detalhes do que era possível até agora.

"Nos últimos anos, temos sido capazes de disponibilizar as vantagens exclusivas dos ressonadores de realce para experimentos em física de attossegundos. Esta nova técnica abre um caminho para mais avanços significativos na força de pulso e estabilidade atingível com tais sistemas, enquanto, ao mesmo tempo, reduz a complexidade da configuração experimental, "diz o Dr. Ioachim Pupeza, líder do grupo responsável pelo novo trabalho no LAP. Essas melhorias também seriam benéficas no contexto da espectroscopia de combinação de frequência XUV, que é central para o desenvolvimento de uma nova geração de relógios ópticos baseados em transições quânticas em núcleos atômicos.