Production of single-cycle laser pulses through nonlinear pulse compression

Atualmente, a maioria dos lasers ultracurtos são capazes de produzir impulsos com durações na ordem dos femtossegundos, com recurso a osciladores de Ti:Sapphire.
Estes impulsos ultracurtos são a ferramenta ideal para explorar a dinâmica dos eletrões em átomos, sólidos e nanoestruturas.

Como a resolução temporal está limitada pela duração do impulso, alcançar impulsos mais curtos permite-nos explorar os processos inacessíveis até então. Estes impulsos podem existir na forma de impulsos isolados de atossegundos, produzidos por lasers de impulsos com poucos ciclos óticos num processo de geração de altas harmónicas, permitindo assim o desenvolvimento de ferramentas de diagnóstico como difração de raios-x nos atossegundos ou espetrómetros de pequenas dimensões.

Para obtermos impulsos laser de uma ou poucas oscilações, criámos, no laboratório VOXEL (GoLP/IPFN, Instituto Superior Técnico), um sistema de pós-compressão. A nossa instalação consiste num laser comercial (40 fs, 800 nm, 3mJ, 1kHz) cujos impulsos são focados numa fibra oca com um diâmetro interno de que está sujeita a uma pressão diferencial de Árgon. O impulso, que à saída da fibra possui uma maior largura espetral, é re-colimado antes de ser comprimido e analisado no tempo por um sistema D-Scan da empresa Sphere Ultrafast Photonics.

Alguns mW de energia são amostrados para compressão e análise. Atingimos impulsos com menos de 4 fs com pouca dispersão do atraso do grupo (GDD) e uma transmissão de 33%. Esta configuração constitui uma ferramenta poderosa para a geração de impulsos laser de um ciclo único no laboratório, estando este agora equipado para produzir impulsos isolados de atossegundos com frequências na gama mais alta de ultravioletas através de um processo de geração de altas harmónicas.

Fizemos também um estudo no Laboratoire d'Optique Apliquée (LOA), no Institut Polytechnique de Paris, onde dois métodos estado-da-arte da pós-compressão foram estudados. Apresentamos também uma conclusão sobre o método mais apropriado para cada situação.