A geração de pulsos ultracurtos intensos com alta qualidade espacial abriu possibilidades para a ciência ultrarrápida e de campo forte. É tão importante que o Prêmio Nobel de Física 2018 tenha sido dado ao Dr. Strickland e Dr. Mourou por inventar uma técnica chamada amplificação de pulso chirped, que aciona vários lasers ultrarrápidos em todo o mundo. Com o grande avanço na última década, Lasers ultrarrápidos baseados em Yb se tornaram altamente populares, porque eles exibem eficiência térmica excepcional, são de baixo custo e são altamente flexíveis no ajuste de energias de pulso e taxas de repetição.

Contudo, as durações de pulso desses lasers geralmente não são menores que 100 fs ou mesmo 1 ps, que requer compressão de pulso externa para aplicações. A geração supercontínua (SCG) existente e as técnicas de compressão de pulso são normalmente de baixa eficiência. Muitos deles requerem sistemas de vácuo, interfaces de vácuo-gás, e são, portanto, caro e complexo de manter. Como resultado, as aplicações dessas técnicas ainda são limitadas em alguns laboratórios especializados, e não pode ser amplamente utilizado na física, laboratórios de femtoquímica e femtobiologia, que representa as principais aplicações dos lasers ultrarrápidos.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas chineses e austríacos, liderado pelo Professor Zhensheng Tao do Laboratório Estadual de Física de Superfície e Departamento de Física, Fudan University, Xangai, A China propôs e demonstrou que a formação de solitons ópticos durante a propagação de fortes pulsos de laser ultrarrápidos em mídia Kerr em camadas periódicas (PLKM) pode servir como um método simples, solução confiável e econômica para SCG e compressão de pulso. Eles descobriram que a formação dos solitons é resultado do equilíbrio entre a autofocalização de Kerr não linear e a difração linear do feixe de laser, que pode suportar interação não linear de matéria-luz sustentável e de longa distância, e, portanto, aumentar a eficiência do SCG.

Mais interessante, confinando a propagação do feixe nestes modos solitários, alta qualidade espacial e homogeneidade espaço-espectral podem ser alcançadas, alcançando> Eficiência de compressão de 85%. Como demonstração de tal método, os cientistas usaram os pulsos comprimidos para conduzir um processo óptico altamente não linear, chamado de geração de alta harmônica, produzindo luz ultravioleta extrema e suave de raios-X brilhantes e coerentes a partir de um alvo de gás. O processo de alta harmônica é extremamente sensível à qualidade espaço-temporal dos pulsos comprimidos, e demonstrou claramente o grande potencial deste método. Vale a pena mencionar ainda que o custo total de construção do dispositivo PLKM SCG é de apenas ~ $ 200. O método e técnica relatados abrirão o caminho para alta eficiência futura, SCG confiável e econômico e compressão de pulso de lasers ultrarrápidos, que pode ser amplamente utilizado em laboratórios de física ultrarrápida, química e biologia.

A alta eficiência, SCG de baixo custo e método de compressão de pulso é centrado em torno dos estudos sobre a formação e estabilidade dos estados solitários em um ressonador não linear PLKM. Com os modos solitários, a propagação de feixe de laser intenso pode ser manipulada para gerar o amplo espectro desejado e alta qualidade espacial. Este método pode suportar aplicações em lasers ultrarrápidos com várias energias de pulso e taxas de repetição. Os cientistas resumem as vantagens de seu método:"Em comparação com a geração de supercontínuo e o método de compressão de pulso existentes, o método que propusemos e demonstramos tem quatro vantagens:(1) É muito simples e econômico de construir e manter, porque não requer sistemas de vácuo ou configurações de estabilização de ponta de feixe; (2) É muito flexível, que pode ser aplicado a lasers ultrarrápidos com várias energias e potências; (3) Tem uma eficiência muito alta, que pode ser tão alto quanto 85%; e (4) é muito estável. Acreditamos que este método pode ser amplamente introduzido em muitos físicos, laboratórios de química e biologia, para os cientistas que usam laser ultrarrápido, mas não têm especialidades de construção de um sistema de laser de banda larga. "