Prestazioni record con impulsi laser ultracorti
Un nuovo oscillatore laser genera impulsi estremamente brevi con un'elevata potenza mai raggiunta prima, senza alcuna perdita di qualità dovuta agli amplificatori. Questo potrebbe aiutare nelle misurazioni di precisione e nella ricerca sui materiali.
Un team del Politecnico di Zurigo ha generato impulsi estremamente intensi con un laser di nuova concezione: gli 852 lampi di luce al femtosecondo hanno raggiunto una potenza di 103 megawatt. La potenza media in uscita è stata di 550 watt; il record precedente in un oscillatore laser era di 350 watt, come spiega il team guidato da Ursula Keller nella rivista scientifica "Optica"
Oltre cinque milioni di impulsi di questo tipo lasciano il laser ogni secondo. A differenza dei laser a onda continua, che emettono fotoni in modo continuo, i laser a impulsi emettono la radiazione periodicamente, concentrando una quantità particolarmente elevata di energia sui singoli impulsi. Questi laser possono visualizzare processi estremamente veloci, fino all'ordine degli attosecondi. Gli elettroni si muovono attraverso le molecole su queste scale temporali, per cui i processi chimici o biologici possono essere osservati a un livello fondamentale.
In pratica, gli amplificatori sono spesso collegati a valle della sorgente laser. Ciò consente di ottenere potenze medie elevate, ma a un prezzo: allo stesso tempo, la percentuale di lunghezze d'onda indesiderate nella luce emessa aumenta e la sua potenza fluttua maggiormente. Questo è particolarmente problematico per le misurazioni di precisione.
I ricercatori stanno quindi lavorando su oscillatori particolarmente potenti. Questi laser generano e amplificano la radiazione direttamente nel dispositivo e non richiedono un'amplificazione successiva. I laser a disco, come quelli utilizzati da Ursula Keller e dal suo team, si sono dimostrati particolarmente adatti. Nel loro progetto, il materiale del laser consiste in un disco di cristallo sottile 100 micrometri. Specchi appositamente disposti guidano la luce più volte e la amplificano.
Il gruppo di lavoro deve le prestazioni record raggiunte a due progressi decisivi nei componenti ottici. In primo luogo, il team ha utilizzato specchi sapientemente disposti per guidare la luce attraverso il disco di amplificazione in modo particolarmente frequente. In secondo luogo, hanno utilizzato uno specchio speciale realizzato con un materiale semiconduttore. Questo specchio riflette meglio la luce del disco quando la sua intensità è elevata. Questo ha portato automaticamente il laser in uno stato pulsato. Grazie a uno speciale trattamento della superficie, lo specchio si è ripreso meglio dopo l'emissione di un impulso - intensità così elevate distruggono occasionalmente i singoli componenti che non sono in grado di sopportare l'energia.
Fonte: Moritz Seidel / ETH Zurich
Oltre all'elevata potenza media, i ricercatori hanno ottenuto altri risultati superlativi con questa configurazione. Ad esempio, l'energia dell'impulso di 100 microjoule è la più alta mai misurata su un oscillatore ultraveloce; il record precedente era di 80 microjoule. Da un lato, il team spera che il nuovo laser permetta di effettuare misurazioni più precise nella ricerca di base. Dall'altro lato, lo sviluppo è adatto alle applicazioni industriali, scrivono nella loro pubblicazione, poiché la lavorazione dei micromateriali di metalli e semiconduttori, ad esempio, richiede proprio impulsi così brevi e ad alta energia.
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