En grupp forskare från Fakulteten för fysik vid universitetet i Warszawa har just publicerat en rapport om deras utveckling av en miniatyr tripleranordning för att generera femtosekundlaserpulser i UV -spektrumet. Enheten har tre gånger högre effektivitet än tidigare använda inställningar, och passar på en fingertopp, tack vare ett unikt mjukvarupaket som utvecklades i Warszawa under designstadiet.

Med ny teknik, lasrar täcker ett växande spektrum, men vissa våglängder är fortfarande inte lättillgängliga. Detta inkluderar det ultravioletta (UV) bandet runt 300 nm, speciellt om korta pulstider och/eller höga intensiteter behövs. Ofta, UV-pulser genereras via icke-linjära processer såsom generering av andra övertoner eller generering av summafrekvens, där nya fotoner med högre energi och en ny färg bildas genom att summera energin hos de grundläggande pulsfotonerna. Effektiviteten hos dessa processer är låg, dock.

Under många år, analytiska ljusförökningsmodeller eller enkla numeriska simuleringar användes för att designa frekvensomformare. De tillät forskare att justera enhetsparametrar, vanligtvis en i taget. Detta tillvägagångssätt resulterade i en stagnation av omvandlingseffektiviteten från icke-amplifierade infraröda femtosekundlasrar till UV-tredje övertonen med cirka 10 procent.

"Det var som att komma till labbet, justera en ratt här, en knopp där, medan du tittar på UV -uteffekten och försöker maximera den. Och 10 procent är så bra som man kan bli med detta tillvägagångssätt, "säger Michal Nejbauer, från forskargruppen baserad vid Fakulteten för fysik vid universitetet i Warszawa, Polen.

Men ökad beräkningskraft i kombination med smarta programmeringsknep möjliggjorde global optimering av frekvensomvandlingsprocessen från infraröd till UV för första gången.

"Vår nyutvecklade, paket med öppen källkod, kallad Hussar, tillåter även en oerfaren användare att bygga ett komplex, tredimensionell, exakta simuleringar av multipel pulsutbredning och interaktion med enkla block:ingångspulsparametrar, materialegenskaper hos medierna och processerna som berörs, "förklarar Tomasz Kardas, som utvecklade programvaran. "När vi definierat ingångspulsparametrarna, som energi, varaktighet och rumslig strålprofil, vi börjar i princip söka efter den bästa designen över ett stort utrymme av parametrar:de olinjära kristalltjocklekarna, strålens storlek, strålens midjeposition, etc. Och, till vår förvåning, när vi hittat dessa optimala värden, byggde enheten och mätte dess prestanda, utgående UV-pulser var exakt som simulerade. Denna typ av kvantitativ överensstämmelse mellan vad man får på skärmen och sedan mäter i labbet är ganska ovanligt i olinjär optik. "

Men öka effektiviteten i tredubblingsprocessen med en faktor tre, till över 30 procent, var bara det första steget. Forskarna siktade också på miniatyrisering. I stället för att använda flera komponenter monterade på laboratoriebordet, deras tredje harmoniska generator (tripler) är bara ett litet block av kristaller staplade ihop.

"Faktiskt, en-tums metallhållare som håller ihop alla element är den största delen av hela upplägget, " förklarar Pawel Wnuk, som tog en ledande roll i experimenten för enhetskarakterisering. Som ett resultat, tripler -prototypen har den totala volymen runt 1000 gånger mindre än de traditionella konstruktionerna.