Circa 10 anni fa, i ricercatori dell’Università di Lund e dell’Università di Porto hanno introdotto uno strumento per misurare la durata dell’impulso dei laser ultraveloci. Lo stesso team ha ora raggiunto una svolta che consente la misurazione di singoli impulsi laser su una gamma di parametri più ampia in una configurazione più compatta.
"Le attuali misurazioni standard per i laser a femtosecondi, tipicamente utilizzati nell'industria e in medicina, forniscono solo una stima della durata dell'impulso. Il nostro approccio fornisce una misurazione più completa e può contribuire a liberare l'intero potenziale della tecnologia laser ultraveloce", afferma Daniel Díaz Rivas, dottorando in Fisica Atomica presso l'Università di Lund.
Il concetto di impulsi al femtosecondo è difficile da comprendere per la maggior parte di noi. Tuttavia, vengono utilizzati per un'ampia gamma di applicazioni quotidiane, dalla chirurgia oculare alla micro-lavorazione nell'industria. Gli impulsi laser estremamente brevi possono indagare anche i processi più veloci in natura, come il trasferimento di energia nella fotosintesi e la dinamica degli elettroni.
Anche se il loro utilizzo è sempre più diffuso, la misurazione precisa della forma e della durata degli impulsi rimane un compito difficile. Gli strumenti elettronici sono troppo lenti, motivo per cui i ricercatori si sono rivolti ai metodi ottici.
I metodi attuali sono limitati
Tuttavia, questi tipi di tecniche ottiche richiedono in genere più misurazioni in una sequenza di scansione. Ciò li rende inadatti a catturare singoli impulsi in tempo reale.
Sono emerse versioni-single-shot per caratterizzare gli impulsi molto brevi comunemente utilizzati nella scienza fondamentale-ma hanno difficoltà con gli impulsi più lunghi più comunemente utilizzati nelle applicazioni industriali e mediche. Le limitazioni sono legate alla complessità di allungare sufficientemente gli impulsi all'interno di una configurazione ottica compatta.
Emerge una soluzione elegante
I ricercatori dell’Università di Lund hanno ora sviluppato un modo compatto ed elegante per allungare gli impulsi laser ultraveloci utilizzando un semplice principio ottico. La ricerca è pubblicata sulla rivistaOttica.
Inviando un raggio laser pulsato attraverso un reticolo di diffrazione-un componente che separa spazialmente la luce nei suoi colori-e immaginando il reticolo con una combinazione di lenti, possono controllare con precisione la durata dell'impulso attraverso il raggio laser.
Questo approccio consente di allungare gli impulsi al femtosecondo più di dieci volte all'interno di una configurazione ottica compatta.
Ciò consente la caratterizzazione completa in un unico scatto, senza la necessità di elementi ottici di pre-compensazione. Il risultato di questo lavoro è una tecnica versatile che può funzionare per durate di impulso che vanno da pochi femtosecondi a centinaia, coprendo così applicazioni scientifiche, industriali e mediche. Apre le porte al monitoraggio in tempo reale- dei singoli impulsi, qualcosa che prima era fuori dalla portata di molte piattaforme laser.
Guardando avanti
Oltre alla caratterizzazione degli impulsi, questo principio ottico può essere applicato per modellare le proprietà spaziotemporali degli impulsi luminosi ed esplorare diversi modi per studiare le interazioni luce-materia.
"Poiché i laser ultraveloci continuano a guidare l'innovazione nella scienza e nella tecnologia, strumenti come questo saranno fondamentali per ampliare i confini della precisione e della comprensione", conclude Cord Arnold, docente senior di fisica atomica presso l'Università di Lund.
