En este artículo, realizado en colaboración con investigadores del Politecnico di Milano, la ETH Zürich y la Lund University, exploramos un enfoque innovador para generar pulsos de attosegundo aislados utilizando una celda de gas semi-infinita. Tradicionalmente, los experimentos que generan estos pulsos extremadamente breves utilizan jets de gas o celdas de gas cortas a altas presiones, lo que garantiza el ajuste de fase necesario para la generación eficiente de armónicos de orden alto. Sin embargo, no se han utilizado medios más largos y de baja presión debido a las dificultades que plantean para lograr un buen ajuste de fase durante una distancia tan larga, lo que a menudo se traduce en resultados menos efectivos.
Nuestro trabajo desafía esta visión convencional al demostrar que es posible generar pulsos de attosegundo aislados de manera eficiente en una configuración de medio extenso, como una celda semi-infinita (SIGC) rellena con un gas noble a baja presión. Nuestros resultados demuestran que el campo infrarrojo incidente, durante su propagación no lineal a través de la SIGC, crea un canal de plasma en la parte final que juega un papel crucial al auto-regular la estructura espaciotemporal del mismo y facilitar las condiciones de ajuste de fase necesarias para producir estos pulsos de attosegundo aislados.
Los experimentos, realizados por nuestros colaboradores del Politecnico di Milano, han logrado caracterizar, por primera vez y de forma clara en un medio extenso, pulsos aislados con una duración de 180 attosegundos y un espectro continuo en el rango de energía de 20-45 eV, lo que los hace muy útiles para experimentos de espectroscopia ultrarrápida.
Apoyando a los experimentos, presentamos simulaciones detalladas desarrolladas por el equipo de la Universidad de Salamanca con las que se comprenden mejor los mecanismos involucrados. Estas simulaciones, que combinan la dinámica cuántica a nivel atómico del proceso de generación de armónicos con la propagación no lineal del pulso láser incidente, confirman los hallazgos experimentales. Uno de los aspectos más importantes que observamos es que el aumento gradual de la presión del gas en la celda crea una ventana temporal de ajuste de fase durante la cual la emisión de pulsos de attosegundo es especialmente eficaz. A medida que aumenta la presión, esta ventana se reduce, lo que permite la generación de un solo pulso de attosegundo en medio ciclo del láser incidente.
En resumen, nuestro trabajo demuestra que las configuraciones de medios largos, como la celda de gas semi-infinita, no solo son viables para la generación de pulsos de attosegundo aislados, sino que, bajo las condiciones adecuadas, pueden superar algunas de las limitaciones tradicionales de los medios cortos, lo que abre nuevas posibilidades para experimentos que requieren una resolución temporal extremadamente alta. Este avance podría tener aplicaciones en campos como la espectroscopía ultrarrápida y los estudios de dinámica electrónica en materiales complejos.
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Vismarra, M. F. Galán, D. Mocci, L. Colaizzi, V. W. Segundo, R. Boyero-García, J. Serrano, E. C. Jarque, M. Pini, L. Mai, Y. Wu, H. J. Wörner, E. Appi, C. L. Arnold, M. Reduzzi, M. Lucchini, J. San Roman, M. Nisoli, C. Hernández-García, and R. Borrego-Varillas, “Isolated attosecond pulse generation in a semi-infinite gas cell driven by time-gated phase matching,” Light Sci. Appl. 13, 197 (2024). https://doi.org/10.1038/s41377-024-01564-5
