La génération d'impulsions ultracourtes intenses avec une qualité spatiale élevée a ouvert des possibilités pour la science ultrarapide et à champ fort. Il est si important que le prix Nobel de physique 2018 ait été décerné au Dr Strickland et au Dr Mourou pour avoir inventé une technique appelée amplification d'impulsions chirpées, qui pilote de nombreux lasers ultrarapides dans le monde. Avec les grands progrès de la dernière décennie, Les lasers ultrarapides à base d'Yb sont devenus très populaires, car ils présentent une efficacité thermique exceptionnelle, sont peu coûteux et sont très flexibles pour ajuster les énergies d'impulsion et les taux de répétition.

Cependant, les durées d'impulsion de ces lasers ne sont généralement pas inférieures à 100 fs voire 1 ps, qui nécessite une compression d'impulsion externe pour les applications. Les techniques existantes de génération de supercontinuum (SCG) et de compression d'impulsions sont généralement peu efficaces. Beaucoup d'entre eux nécessitent des systèmes de vide, interfaces vide-gaz, et sont, Par conséquent, coûteux et complexe à entretenir. Par conséquent, les applications de ces techniques sont encore limitées dans quelques laboratoires spécialisés, et ne peut pas être largement utilisé en physique, les laboratoires de femtochimie et de femtobiologie, qui représente les applications majeures des lasers ultrarapides.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques chinois et autrichiens, dirigé par le professeur Zhensheng Tao du State Key Laboratory of Surface Physics et du département de physique, Université de Fudan, Shanghaï, La Chine a proposé et démontré que la formation de solitons optiques lors de la propagation d'impulsions laser ultrarapides puissantes dans des milieux Kerr périodiques en couches (PLKM) peut servir de solution simple, solution fiable et économique pour la SCG et la compression d'impulsions. Ils ont constaté que la formation des solitons est le résultat de l'équilibre entre l'auto-focalisation non linéaire de Kerr et la diffraction linéaire du faisceau laser, qui peut prendre en charge une interaction lumière-matière non linéaire durable et à longue distance, et donc améliorer l'efficacité du SCG.

Plus intéressant, en confinant la propagation du faisceau dans ces modes solitaires, une haute qualité spatiale et une homogénéité spatio-spectrale peuvent être obtenues, atteindre> 85 % d'efficacité de compression. Comme démonstration d'une telle méthode, les scientifiques ont utilisé les impulsions compressées pour piloter un processus optique hautement non linéaire, appelée génération d'harmoniques élevées, produisant une lumière ultraviolette extrême et douce brillante et cohérente à partir d'une cible de gaz. Le processus des hautes harmoniques est extrêmement sensible à la qualité spatio-temporelle des impulsions compressées, et il a clairement démontré le grand potentiel de cette méthode. Il convient de mentionner en outre que le coût total de construction du dispositif PLKM SCG n'est que d'environ 200 $. La méthode et la technique rapportées ouvriront la voie à une future haute efficacité, Compression SCG et d'impulsions fiable et économique des lasers ultrarapides, qui peut être largement utilisé dans les laboratoires de physique ultrarapide, chimie et biologie.

La haute efficacité, La méthode de SCG et de compression d'impulsions à faible coût est centrée sur les études sur la formation et la stabilité des états solitaires dans un résonateur non linéaire PLKM. Avec les modes solitaires, la propagation du faisceau laser intense peut être manipulée pour générer le large spectre souhaité et la haute qualité spatiale. Cette méthode peut prendre en charge des applications sur des lasers ultrarapides avec diverses énergies d'impulsion et taux de répétition. Les scientifiques résument les avantages de leur méthode :« Par rapport à la méthode existante de génération de supercontinuum et de compression d'impulsions, la méthode que nous avons proposée et démontrée présente quatre avantages :(1) Elle est très simple et économique à construire et à entretenir, car il ne nécessite pas de systèmes de vide ou de configuration de stabilisation de pointage de faisceau ; (2) Il est très flexible, qui peut être appliqué aux lasers ultrarapides avec diverses énergies et puissances; (3) il a un rendement très élevé, qui peut atteindre 85 % ; et (4) il est très stable. Nous pensons que cette méthode peut être largement introduite dans de nombreux domaines de la physique, laboratoires de chimie et biologie, pour les scientifiques qui utilisent le laser ultrarapide mais n'ont pas la spécialité de construire un système laser à large bande."