Os físicos do Laboratório de Física de Attosegundos da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ) desenvolveram um novo tipo de detector que permite que o perfil de oscilação das ondas de luz seja determinado com precisão.

É difícil manter a luz. As ondas de luz se propagam com uma velocidade de quase 300, 000 km por segundo, e a frente de onda oscila várias centenas de trilhões de vezes no mesmo intervalo. No caso de luz visível, a distância física entre picos sucessivos da onda de luz é inferior a 1 micrômetro, e os picos são separados no tempo por menos de 3 milionésimos de bilionésimo de segundo ( <3 femtossegundos). Para trabalhar com luz, deve-se controlá-lo - e isso requer conhecimento preciso de seu comportamento. Pode até ser necessário saber a posição exata das cristas ou vales da onda de luz em um determinado instante. Pesquisadores baseados no Laboratório de Física do Atossegundo (LAP) do LMU Munique e no Instituto Max Planck de Óptica Quântica estão agora em uma posição para medir a localização exata de tais picos dentro de pulsos ultracurtos únicos de luz infravermelha com a ajuda de um recém-desenvolvido detector.

Esses pulsos, que abrange apenas algumas oscilações da onda, pode ser usado para investigar o comportamento das moléculas e seus átomos constituintes, e o novo detector é uma ferramenta muito valiosa neste contexto. Pulsos de laser ultracurtos permitem aos cientistas estudar processos dinâmicos em níveis moleculares e até subatômicos. Usando trens desses pulsos, é possível primeiro excitar as partículas alvo e depois filmar suas respostas em tempo real. Em campos de luz intensos, Contudo, é crucial saber a forma de onda precisa dos pulsos. Uma vez que o pico do campo de luz oscilante (portadora) e o do envelope de pulso podem mudar em relação um ao outro entre diferentes pulsos de laser, é importante saber a forma de onda precisa de cada pulso.

A equipe do LAP, que foi liderado pelo Dr. Boris Bergues e Professor Matthias Kling, chefe do Grupo Ultrafast Imaging and Nanophotonics, agora fez um avanço decisivo na caracterização das ondas de luz. Seu novo detector permite que eles determinem a 'fase, "isto é, as posições precisas dos picos dos poucos ciclos de oscilação dentro de cada pulso, em taxas de repetição de 10, 000 pulsos por segundo. Para fazer isso, o grupo gerou pulsos de laser polarizados circularmente nos quais a orientação do campo óptico de propagação gira como um ponteiro de relógio, e então focalizou o pulso rotativo no ar ambiente.

A interação entre o pulso e as moléculas no ar resulta em uma curta explosão de corrente elétrica, cuja direção depende da posição do pico da onda de luz. Ao analisar a direção exata do pulso atual, os pesquisadores foram capazes de recuperar a fase do 'deslocamento do envelope portador, "e, assim, reconstruir a forma da onda de luz. Ao contrário do método convencionalmente empregado para a determinação de fase, que requer o uso de um aparato de vácuo complexo, a nova técnica funciona no ar ambiente e as medições requerem muito poucos componentes extras. "A simplicidade da configuração provavelmente garantirá que ela se tornará uma ferramenta padrão na tecnologia a laser, "explica Matthias Kling.

“Acreditamos que esta técnica também pode ser aplicada a lasers com taxas de repetição muito maiores e em diferentes regiões espectrais, "diz Boris Bergues." Nossa metodologia é de particular interesse no contexto da caracterização de pulsos de laser extremamente curtos com altas taxas de repetição, como os gerados na Extreme Light Infrastructure (ELI) da Europa, "acrescenta o Prof. Matthias Kling. Quando aplicado às fontes mais recentes de pulsos de laser ultracurtos, este novo método de análise de forma de onda pode abrir caminho para avanços tecnológicos, além de permitir novos insights sobre o comportamento das partículas elementares 'na via rápida'.