Metode Terobosan Menghasilkan Pulsa Laser Sangat Pendek dan Berkekuatan Tinggi

• Ilmuwan menghasilkan pulsa yang lebih pendek dari periode gelombang, menggunakan penguat parametrik optik. 
• Dapat digunakan untuk mengamati bagaimana elektron bergerak di dalam atom. 

Selama beberapa tahun terakhir, pulsa inframerah-tengah berenergi tinggi dengan beberapa siklus telah menarik banyak minat karena berbagai penerapannya, termasuk spektroskopi inframerah 2D, emisi elektron sub-femtodetik, pencitraan senyawa dengan resolusi waktu, sinar-X lunak yang koheren, dan pembangkitan sinar-X keras yang tidak koheren.

Baru-baru ini, para ilmuwan di A*STAR (Badan Sains, Teknologi, dan Penelitian) Institut Teknologi Manufaktur Singapura membuat penyintesis laser yang menghasilkan pulsa inframerah yang lebih pendek dari periode gelombang.

Hal ini memungkinkan peneliti mempelajari pergerakan elektron di dalam atom. Karena panjang gelombang pulsa ultrapendek ini berada di bawah kisaran inframerah tengah, pulsa tersebut mudah diserap oleh berbagai atom dan molekul.

Synthesizer Laser Baru

Di dalam atom, elektron berpindah dari satu pita energi ke pita energi lainnya dalam waktu femtodetik (10−15 detik) atau bahkan attodetik (10−18 detik). Karena skala waktu yang luar biasa ini, para ilmuwan memerlukan pulsa laser ultrapendek berkekuatan tinggi untuk mengamati dan menganalisis peristiwa tersebut.

Salah satu cara untuk memproduksinya adalah dengan memaparkan kristal nonlinier pada pulsa inframerah yang sangat pendek dan sangat intens. Namun, tim ini tidak hanya menerapkan metodologi tradisional, mereka juga meningkatkan cara menciptakan pulsa inframerah-menengah pendek.

Untuk menghasilkan pulsa yang lebih pendek dari periode gelombang, diperlukan bandwidth spektral yang luas. Penelitian sebelumnya menggabungkan kelebihan dengan cakupan spektral ganda untuk mencapai bandwidth sebesar itu, yang merupakan tugas yang sangat sulit dan kompleks. Anda perlu mengontrol amplitudo relatif dan fase masing-masing plus secara tepat, menggunakan peralatan pengontrol kebisingan yang berbeda.

Untuk mempermudahnya, para ilmuwan menggunakan perangkat yang disebut penguat parametrik optik – sumber cahaya yang memancarkan dua pulsa laser dengan panjang gelombang bervariasi. Fase dan amplitudo kedua pulsa ini dapat dikonfigurasi relatif satu sama lain.

Referensi:Komunikasi Alam | doi:10.1038/s41467-017-00193-4

Penguat yang mereka kembangkan memancarkan pulsa dengan waktu tunda yang sangat singkat, sehingga digabungkan menjadi pulsa bandwidth lebar tanpa memerlukan sistem pengontrol kebisingan tambahan. Pulsa akhir dapat dibuat lebih pendek daripada periode gelombang karena interferensi destruktif memotong pulsa pada tepinya, sedangkan interferensi konstruktif terjadi pada pusatnya.

Kredit gambar:Universitas Teknologi Wina

Ketika pulsa ultrashort ini diarahkan ke bahan padat tertentu, maka akan memicu emisi foton berenergi tinggi di daerah dengan ultraviolet tinggi. Foton berenergi tinggi ini selanjutnya dapat digunakan untuk menyelidiki proses yang terjadi di dalam atom, yang terjadi dalam skala waktu attodetik.

Dalam studi ini, para peneliti menggunakan pulsa inframerah-tengah untuk menghasilkan foton berenergi tinggi dalam lembaran silikon tipis. Lebih khusus lagi, mereka mendemonstrasikan synthesizer pulsa inframerah-tengah berenergi tinggi yang mencakup bandwidth 2,5 hingga 9,0 mikrometer, dan mendorong pembangkitan harmonik tinggi dalam sampel silikon tipis untuk menunjukkan interaksi medan kuat yang terisolasi dalam padatan. Lebar pulsa yang disintesis diamati sekitar 12,4 femtodetik, setara dengan 0,88 siklus optik pada sekitar 4,2 mikrometer.

Apa Selanjutnya?

Dalam pekerjaan berikutnya, tim akan membuat pulsa elektron terisolasi dari bahan lain, yang memungkinkan pemeriksaan proses yang lebih cepat di dalam atom.

Baca:Laser Paling Kuat Yang Dapat Memecah Kekosongan Untuk Menghasilkan Antimateri

Selain itu, kemajuan dalam teknik laser pompa berpotensi mendorong sumber sub-siklus inframerah tengah menuju kekuatan puncak untuk mendorong interaksi medan tinggi dalam media gas.