L'Istituto di Meccanica Ottica di Shanghai compie nuovi progressi nella generazione di impulsi a vortice da Terawatt

Recentemente, lo State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics presso l’Istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai (SIPM) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) ha compiuto nuovi progressi nella generazione di impulsi di vortice infrarosso a onde corte su scala temporale di terawatt. Il gruppo di ricerca ha combinato una nuova tecnica di modulazione del campo ottico con l'amplificazione ottica parametrica degli impulsi chirped (OPCPA) per realizzare un'uscita laser a vortice ad alta energia. Basandosi sulla tecnica di compressione post-impulso non lineare a cascata di film sottile, è stata realizzata per la prima volta l'uscita di impulsi di vortice infrarosso a onde corte sulla scala del periodo di terawatt. I relativi risultati sono stati pubblicati come "Laser a vortice infrarosso a onde corte a pochi cicli di classe Terawatt" in Ultrafast Science.
La luce a vortice è un fascio strutturato spazialmente con un fronte d'onda elicoidale, che è stato ampiamente utilizzato nell'informazione quantistica, nella microscopia a super risoluzione e nelle pinzette ottiche grazie alla sua distribuzione toroidale dell'intensità spaziale e alla sua caratteristica di trasportare il momento angolare orbitale. Inoltre, l’accoppiamento del momento angolare orbitale con laser ultracorti e intensi può fornire un potente supporto tecnico e nuovi mezzi sperimentali per la fisica del campo forte dei vortici e i fenomeni dei vortici non lineari. I laser a vortice con scala del periodo ad alta intensità hanno un'ampia gamma di applicazioni nel pilotaggio di fasci di particelle vorticose e radiazione secondaria (ad esempio, vortici ottici isolati ad attosecondi, vortici terahertz). Tuttavia, la generazione di impulsi vorticosi ultracorti ad alta intensità è ancora in fase esplorativa a causa della difficoltà nel mantenere la struttura della fase vorticosa per l'amplificazione e la compressione laser.

Fig. 1 Configurazione sperimentale

Fig. 2 (a, c, e) Mappe di punti vortice di primo, secondo e terzo ordine dell'output amplificato di OPCPA; (b, d, f) Strisce focali della lente a colonna del fascio di vortice.
In questo studio, i ricercatori hanno realizzato un’uscita laser a vortice ad alta energia di 1,45 μm combinando la modulazione di fase spaziale con la tecnica OPCPA e hanno verificato la stabilità di trasmissione del laser a vortice in uscita nello spazio. Basandosi sulla tecnica di compressione post-impulso a film sottile in cascata, viene realizzata per la prima volta un'uscita di impulsi di vortice infrarosso a onde corte su scala di periodo su scala di terawatt di 13,7 mJ/10,59 fs senza distruggere la struttura della fase di vortice. Questo programma può fornire supporto tecnico per i fenomeni dei vortici non lineari e fornire una base per lo studio della fisica del momento angolare orbitale ultraveloce.

Fig. 3 Misura nel dominio del tempo dell'impulso di vortice compresso