L'invention de la technique d'amplification des impulsions chirpées par Strickland et Mourou en 1985 a augmenté la puissance de crête des impulsions laser ultracourtes à un niveau sans précédent, qui ont trouvé de larges applications en science fondamentale, l'industrie et la médecine. Cependant, de tels lasers à haute puissance sont généralement obtenus à la longueur d'onde du proche infrarouge d'environ 0,8 micron. L'extension à la bande moyen infrarouge (2-20 microns) est d'un grand intérêt pour des applications plus larges. Maintenant, la génération d'impulsions laser moyen infrarouge basée sur des technologies optiques classiques est limitée par la bande passante de fréquence, gain d'énergie, et seuil d'endommagement des cristaux optiques, ce qui rend difficile l'obtention d'impulsions laser infrarouge moyen à faible cycle et à haute intensité.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :Science et application , scientifiques de l'Université Jiao Tong de Shanghai, Chine et Université de Strathclyde, Le Royaume-Uni a proposé un nouveau schéma pour générer efficacement des impulsions lumineuses dans l'infrarouge moyen de quasi-cycle unique avec quelques millijoules d'énergie en utilisant un milieu plasma. Ce schéma adopte deux lasers à impulsions courtes de niveau térawatt initialement avec une longueur d'onde de ~ 0,8 micromètres, qui sont incidents dans un canal plasma sous-dense avec un certain retard. L'un d'eux est utilisé comme laser d'entraînement pour exciter un champ de sillage laser dans le plasma, qui apparaît sous la forme de quelques bulles de densité de plasma en mouvement derrière l'impulsion motrice. Une autre impulsion laser lorsque l'impulsion de signal se propage avec l'impulsion d'entraînement avec un certain retard, de sorte qu'il est chargé à la position de tête de la deuxième bulle de plasma. Cette impulsion de signal est modulée par la bulle de plasma et sa fréquence sera rapidement décalée vers le bas. Après une distance de propagation d'environ 2 millimètres, il est effectivement converti en une impulsion lumineuse moyenne infrarouge à cycle unique avec une longueur d'onde centrale d'environ 5 microns, et son efficacité de conversion est aussi élevée qu'environ 30%.

"Un aspect intéressant de notre schéma est que les paramètres d'impulsion infrarouge moyen obtenus, y compris l'énergie pulsée, longueur d'onde centrale, durée de pouls, phase porteuse, et même état de polarisation, sont accordables en modifiant les paramètres de l'impulsion laser incidente et du plasma, " dit Zheng-Ming Sheng, l'un des principaux auteurs de l'article.

"Par rapport aux matériaux cristallins optiques traditionnels, les méthodes optiques à base de plasma peuvent supporter des impulsions laser de puissance et d'intensité extrêmement élevées, " a ajouté Su-Ming Weng, un autre auteur principal de l'article. "Cela rend la méthode optique à base de plasma unique dans la manipulation de lasers ultracourts à haute puissance."

"Notre schéma peut être réalisé sur un système laser avec un taux de répétition en kilohertz, fournissant ainsi un procédé stable et efficace pour générer des impulsions lumineuses dans l'infrarouge moyen avec des millijoules, intensité relativiste, et quasi-cycle unique pour les applications larges, " a déclaré Jie Zhang, l'un des co-auteurs, le responsable du programme laser plasma à l'Université Jiao Tong de Shanghai.