En las últimas décadas, los pulsos láser ultracortos han revolucionado nuestra manera de estudiar el mundo microscópico a través de la interacción de la luz coherente con la materia. La generación y manipulación de estos campos electromagnéticos efímeros nos permite acceder a los fenómenos atómicos más rápidos de la naturaleza, que suceden en la escala de tiempo de los femto a los attosegundos (10-15-10-18 s). El rápido avance de la tecnología láser ha permitido, en los últimos años, sintetizar pulsos infrarrojos con duraciones sub-ciclo, en los que la estructura más intensa del campo eléctrico de la luz apenas tiene tiempo de completar una oscilación a su frecuencia central. Estos pulsos proporcionan una herramienta única para explorar el movimiento de los electrones en átomos y moléculas, pero su generación todavía está limitada a montajes extremadamente costosos y complejos.
Recientemente, demostramos que estos pulsos sub-ciclo pueden obtenerse de forma mucho más sencilla en sistemas rutinarios basados en la propagación de la luz a través de fibras huecas rellenas de gas con un gradiente de presión decreciente. Esta propuesta se basa en un fenómeno sorprendente de la óptica no lineal, conocido como auto-compresión solitónica, por el que un pulso láser intenso puede, por sí solo, ensanchar y organizar simultáneamente su espectro de frecuencias, reduciendo casi al límite su duración. Siguiendo unas reglas de escala para diseñar los parámetros de la fibra y del pulso de entrada, esta técnica permite generar pulsos sub-ciclo infrarrojos de muy buena calidad.
No contentos con alcanzar duraciones de apenas un femtosegundo, en nuestro último trabajo, realizado en colaboración con investigadores del Politecnico di Milano y la Heriot-Watt University, hemos explorado la aplicación de estos campos sub-ciclo para generar pulsos láser aún más cortos en el régimen de los attosegundos. Para ello, hemos aprovechado el fenómeno de generación de armónicos de orden alto, que surge de la interacción de un pulso infrarrojo intenso con los átomos de un gas. Cuando la interacción se realiza con un láser convencional, este proceso funciona como una cadena de producción de pulsos de attosegundo en el ultravioleta extremo, dando lugar a una serie de destellos de luz que se suceden a intervalos de tiempo regulares. Sin embargo, si la interacción la realiza uno de nuestros anteriores pulsos sub-ciclo, el proceso de generación de armónicos se confina de manera natural a un único evento, lo que resulta en la emisión directa de un pulso de attosegundo aislado. Estos pulsos ultravioletas solitarios constituyen una herramienta muy codiciada en aplicaciones de ciencia ultrarrápida donde se necesita un control muy preciso y una gran resolución temporal.
Así, nuestro estudio abre las puertas a una nueva generación de sistemas compactos basados en fibras en los que, partiendo de un pulso láser infrarrojo estándar, se combinan por primera vez su auto-compresión extrema hasta el régimen sub-ciclo y su aplicación directa para generar pulsos de attosegundo aislados en el ultravioleta extremo.
Más información en:
- F. Galán, J. Serrano, E. C. Jarque, R. Borrego-Varillas, M. Lucchini, M. Reduzzi, M. Nisoli, C. Brahms, J. C. Travers, C. Hernández-García, and J. San Roman, “Robust isolated attosecond pulse generation with self-compressed sub-cycle drivers from hollow capillary fibers,” ACS Photonics 11(4), 1673-1683 (2024).
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