Fig. 1:Fonte de XUV compacta e intensa. Um pulso NIR (vermelho) está focado, e harmônicos elevados são gerados em um jato de gás que é colocado antes ou atrás do foco NIR. Desta maneira, a luz XUV gerada tem um tamanho e uma divergência semelhantes aos do feixe NIR. Devido ao comprimento de onda mais curto, o foco do feixe XUV é então muito menor do que o foco do feixe NIR. Isso permite a geração de pulsos XUV intensos que são usados para ionização multi-fótons XUV de átomos (veja a parte superior). Crédito:Balázs Major
Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou um novo conceito para a geração de radiação ultravioleta extrema intensa (XUV) por geração de alto harmônico (HHG). Sua vantagem reside no fato de que sua área de cobertura é muito menor do que os intensos lasers XUV existentes atualmente. O novo esquema é simples e pode ser implementado em muitos laboratórios em todo o mundo, o que pode impulsionar o campo de pesquisa da ciência XUV ultrarrápida. Os resultados experimentais e teóricos detalhados foram publicados em Optica .
A invenção do laser abriu a era da óptica não linear, que hoje desempenha um papel importante em muitos estudos científicos, aplicações industriais e médicas. Todas essas aplicações se beneficiam da disponibilidade de lasers compactos na faixa visível do espectro eletromagnético. A situação é diferente em comprimentos de onda XUV, onde instalações muito grandes (os chamados lasers de elétrons livres) foram construídas para gerar pulsos XUV intensos. Um exemplo disso é o FLASH em Hamburgo, que se estende por várias centenas de metros. Fontes menores de XUV intensas baseadas em HHG também foram desenvolvidas. Contudo, essas fontes ainda têm uma pegada de dezenas de metros, e até agora só foram demonstrados em algumas universidades e institutos de pesquisa em todo o mundo.
Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Born (Berlim, Alemanha), ELI-ALPS (Szeged, Hungria) e INCDTIM (Cluj-Napoca, Romênia) desenvolveu recentemente um novo esquema para a geração de pulsos XUV intensos. Seu conceito é baseado em HHG, que depende do foco de um pulso de laser infravermelho próximo (NIR) em um alvo de gás. Como resultado, muito curtas rajadas de luz com frequências que são harmônicas do laser de condução NIR são emitidas, que, portanto, estão normalmente na região XUV. Para ser capaz de obter pulsos XUV intensos, é importante gerar o máximo possível de luz XUV. Isso normalmente é obtido através da geração de um foco muito grande do laser de condução NIR, o que requer um grande laboratório.
Cientistas do Instituto Max Born demonstraram que é possível encolher um laser XUV intenso usando uma configuração que se estende por um comprimento de apenas dois metros. Para ser capaz de fazer isso, eles usaram o seguinte truque:em vez de gerar luz XUV no foco do laser de direção do NIR, eles colocaram um jato muito denso de átomos relativamente longe do foco do laser NIR, como mostrado na Fig. 1. Isso tem duas vantagens importantes:(1) Como o feixe NIR na posição do jato é grande, muitos fótons XUV são gerados. (2) O feixe XUV gerado é grande e tem uma grande divergência, e pode, portanto, ser focado em um tamanho de ponto pequeno. O grande número de fótons XUV em combinação com o pequeno tamanho do ponto XUV torna possível gerar pulsos de laser XUV intensos. Esses resultados foram confirmados por simulações em computador realizadas por uma equipe de pesquisadores do ELI-ALPS e do INCDTIM.
Para demonstrar que os pulsos XUV gerados são muito intensos, os cientistas estudaram a ionização de vários fótons de átomos de argônio. Eles foram capazes de multiplicar esses átomos, levando a estados de carga iônica de Ar 2 + e Ar 3 + . Isso requer a absorção de pelo menos dois e quatro fótons XUV, respectivamente. Apesar da pequena pegada desta fonte intensa de XUV, a intensidade XUV obtida de 2 x 10 14 W / cm 2 excede o de muitas fontes XUV intensas já existentes.
O novo conceito pode ser implementado em muitos laboratórios em todo o mundo, e várias áreas de pesquisa podem se beneficiar. Isso inclui espectroscopia de sonda de attossegundo com bomba de attossegundo, o que até agora tem sido extremamente difícil de fazer. O novo laser XUV compacto e intenso pode superar as limitações de estabilidade que existem nesta técnica, e pode ser usado para observar a dinâmica do elétron em escalas de tempo extremamente curtas. Outra área que deve se beneficiar é a geração de imagens de objetos em nanoescala, como biomoléculas. Isso poderia melhorar as possibilidades de fazer filmes no nano-cosmos em escalas de tempo de femtossegundos ou até attossegundos.
