Fig. 1 :(a) Une couleur spécifique peut être sélectionnée à partir d'une source lumineuse à large bande en utilisant par ex. un prisme ou un réseau. Cela vient, cependant, au détriment de la perte de la plus grande partie de la lumière. (b) En appliquant une technique optique non linéaire telle que le mélange à quatre ondes dans le krypton, il est possible de générer une couleur spécifique en utilisant toute la lumière disponible à différentes couleurs. Crédit :Copyright :MBI
Des chercheurs du Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI) ont développé une nouvelle méthode pour modifier la largeur spectrale de la lumière ultraviolette extrême (XUV). En utilisant un nouveau schéma d'accord de phase dans le mélange à quatre ondes, ils pourraient compresser la largeur spectrale de la lumière à large bande initiale de plus de cent fois. Les résultats expérimentaux et théoriques détaillés ont été publiés dans Photonique de la nature .
Léger, comme émis par le soleil, se compose de nombreuses longueurs d'onde et apparaît généralement en blanc. Parfois, cependant, seules certaines couleurs atteignent nos yeux, conduisant à des phénomènes étonnants comme une rémanence. Pour les applications techniques ou scientifiques qui nécessitent une couleur spécifique, des réseaux et des prismes peuvent être utilisés pour extraire cette couleur de la lumière blanche. Cependant, la majeure partie de la lumière entrante est perdue au cours de ce processus, et l'intensité lumineuse à la sortie est très faible.
Les techniques optiques non linéaires ont permis de changer la couleur de la lumière et de modifier sa bande passante spectrale sans compromettre l'intensité. Comme illustré à la Fig. 1, cela permet de générer de la lumière avec une couleur spécifique à partir de la lumière à large bande (telle que la lumière blanche) ou vice versa. Ces techniques sont largement appliquées en spectroscopie, imagerie, et pour la génération d'impulsions laser ultracourtes. Cependant, les techniques optiques non linéaires ne sont pas facilement disponibles dans la région XUV du spectre électromagnétique. Cette région présente un intérêt croissant pour diverses applications, y compris la science attoseconde et la lithographie EUV.
Une équipe de chercheurs du Max Born Institute a récemment démontré un nouveau concept pour générer des impulsions laser à bande étroite dans la gamme XUV. Ils ont combiné une lumière blanche à large bande dans la région visible avec une lumière ayant un large spectre dans la région sous vide-ultraviolet (VUV). Après que ces deux impulsions lumineuses se soient propagées simultanément à travers un jet dense d'atomes de krypton, une nouvelle impulsion laser dans la gamme XUV a été générée. Remarquablement, la largeur spectrale de la nouvelle impulsion XUV était plus de cent fois plus étroite par rapport aux impulsions visibles et VUV initiales.
Les scientifiques ont utilisé un schéma connu sous le nom de mélange à quatre ondes, où un atome de krypton absorbe deux photons visibles et un photon VUV, conduisant à l'émission d'un photon XUV. En raison de la conservation de l'énergie, le photon XUV émis doit avoir une fréquence égale à la somme des fréquences des trois photons absorbés. À la fois, en raison de la conservation de la quantité de mouvement, la vitesse de l'onde lumineuse entrante doit correspondre à la vitesse de l'onde sortante à l'intérieur du milieu de mélange. Cette vitesse change très rapidement à proximité d'une résonance atomique.
Fig. 2 :Schéma de compression spectrale XUV :L'indice de réfraction en fonction de l'énergie des photons est représenté par la courbe en pointillés rouges. Dans la région autour de 9,2 eV, il change relativement lentement (côté gauche), alors qu'il change très vite dans la région autour de 12,365 eV. Par conséquent, une absorption large bande (zone bleue) peut conduire à une émission bande étroite (zone violette) à l'aide de deux photons visibles (indiqués par les flèches). Crédit :Copyright :MBI
Pour générer la bande laser XUV à bande étroite, les chercheurs ont choisi une gamme spectrale VUV assez éloignée de toute résonance et une gamme cible XUV entre deux résonances. Ce faisant, ils étaient capables de faire correspondre les vitesses d'une large gamme de longueurs d'onde entrantes à une région étroite de longueurs d'onde sortantes. Dans la figure 2, sur le côté gauche, l'absorption dans le VUV sur une large gamme spectrale (zone bleue) est indiquée. La courbe en pointillés rouges indique l'indice de réfraction dépendant de la fréquence, qui est une mesure de la vitesse de la lumière. Sur le côté droit, une région spectrale étroite dans la gamme XUV (zone violette) est représentée. Dans ces régions, la lumière voyage approximativement à la même vitesse, c'est à dire., avec un indice de réfraction similaire. Ces vitesses peuvent être mises en correspondance par les flèches presque horizontales indiquant les photons dans le spectre visible. L'illustration montre que cela permet de convertir un spectre VUV à large bande avec une dépendance longueur d'onde-vitesse relativement plate en une impulsion XUV à bande étroite, où la dépendance longueur d'onde-vitesse est proche de la verticale.
La génération d'impulsions XUV à bande étroite est intéressante pour des applications telles que la spectroscopie électronique, l'étude des transitions résonantes, et l'imagerie diffractive cohérente de structures nanométriques. À l'avenir, la nouvelle méthode pourrait également être utilisée dans le sens inverse, c'est à dire., pour élargir spectralement les impulsions XUV, ce qui peut entraîner la génération d'impulsions XUV très courtes à partir de sources telles que les lasers à électrons libres et les lasers à rayons X mous.
