I pettini ottici di frequenza nella regione spettrale dell’estremo ultravioletto (XUV) stanno assumendo una importanza sempre maggiore per molte applicazioni
I pettini di frequenza ottici, sorgenti di luce coerente costituite da molti modi spettrali equispaziati dalla frequenza di ripetizione del treno di impulsi laser che li genera, hanno rivoluzionato il campo della metrologia e sono diventati strumenti indispensabili per la spettroscopia laser ad alta precisione, per lo studio della fisica fondamentale e per la realizzazione degli orologi ottici. Nel 2005 T. W. Hänsch e J. L. Hall hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per questa invenzione.
I pettini ottici di frequenza nella regione spettrale dell’estremo ultravioletto (XUV) stanno assumendo una importanza sempre maggiore per molte applicazioni, tra cui gli orologi ottici di nuova generazione, la spettroscopia di alta precisione per la fisica fondamentale e l’elaborazione delle informazioni quantistiche. Tuttavia, la realizzazione di sorgenti a pettine nella regione XUV richiede un complesso apparato sperimentale basato su un sistema laser ad elevata potenza media e una cavità ottica esterna per ottenere un’energia d’impulso sufficiente per la generazione di armoniche di ordine superiore. Tale complessità sperimentale sta limitando sensibilmente le applicazioni spettroscopiche dei pettini di frequenza XUV.
Per rendere più accessibile e fruibile la tecnologia dei pettine di frequenza XUV, il gruppo di ricerca dell’Istituto Max Planck per l’Ottica Quantistica, insieme all’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr e al Politecnico di Milano, ha proposto una soluzione semplificata basata sullo sviluppo di un pettine ottico di frequenza a bassa frequenza di ripetizione, che consente energie d’impulso più elevate anche per potenze medie modeste, seguito da uno stadio di generazione di armoniche di ordine elevato a singolo passaggio. Inoltre, il pettine di frequenze così generato, mostra un’elevatissima densità di modi spettrali equispaziati, che può permettere lo sviluppo di applicazioni innovative ulteriori rispetto alla già citata spettroscopia XUV.
Nella ricerca pubblicata sulla rivista Optica, gli autori riportano la prima dimostrazione di un pettine di frequenza a basso rumore con una frequenza di ripetizione di poche decine di kHz. Questa sorgente è basata su un oscillatore laser a stato solido Yb:KYW in regime di mode-locking nel vicino infrarosso, che utilizza un pulse picker acusto-ottico (divisore della frequenza di ripetizione del treno di impulsi) e un amplificatore ottico a stato solido. La frequenza di ripetizione è regolabile su tre ordini di grandezza, da 40 MHz a 40 kHz. Mediante l’aggancio di un modo del pettine di frequenza ad un laser a riga di emissione strettissima, gli autori dimostrano che il pettine a bassa frequenza di ripetizione presenta un basso rumore di fase anche dopo la riduzione della frequenza di ripetizione degli impulsi e che la struttura del pettine si conserva anche alla minima frequenza di ripetizione di 40 kHz. Questi risultati rappresentano un sostanziale passo avanti nella generazione di pettini di frequenza a bassa frequenza di ripetizione e nel loro impiego alla spettroscopia di precisione a lunghezze d’onda esotiche (XUV).
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