RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Compressione temporale di impulsi di radiazione laser mediante controllo coerente

Università di riferimento

Università degli Studi di FIRENZE - FISICA - FIRENZE(FI)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Stefano CAVALIERI

Descrizione

La ricerca dell'unità fiorentina sarà prevalentemente sperimentale e sarà tesa alla realizzazione di quanto studiato dai gruppi senese e fiorentino in ambito teorico (13,14). Un importante precedente sperimentale risiede nel lavoro del gruppo di Hau (12) dove una modulazione temporale di un impulso di prova è stata ottenuta in tempi di microsecondi e in atomi freddi. Ci proponiamo di mostrare sperimentalmente la compressione di impulsi partendo da durate di nanosecondi tramite la propagazione in campioni di atomi caldi che si presentano molto più semplici per la realizzazione sperimentale della tecnica proposta. Una forte interazione con il gruppo senese sarà cruciale per la progettazione degli esperimenti e l'analisi dei risultati.
La ricerca sarà articolata in tre fasi di cui la prima sarà svolta nel primo anno, la seconda a cavallo fra il primo e il secondo e la terza nell'ultima parte del secondo anno.

1) Progetto e realizzazione dell'apparato sperimentale.
L'interazione coerente che produce il rallentamento nella propagazione della luce, come abbiamo mostrato nei lavori teorici (13,14), può essere utilizzata per creare opportune forme temporali in un impulso di prova utilizzando un secondo campo intenso (campo dressing) che induce l'EIT nel mezzo.
EIT dipende dalla preparazione della coerenza atomica indotta dal laser dressing e quindi i tempi di defasamento di queste coerenze sono d'importanza fondamentale in ogni realizzazione sperimentale che coinvolge l'EIT. La condizione si traduce, sperimentalmente, nella richiesta di impulsi monomodo accordabili in frequenza. E' nostra intenzione costruire due sorgenti laser con le caratteristiche citate basandosi sulla tecnologia di laser Ti:Sa iniettati da laser a diodo accordabili in frequenza (15): a tale scopo richiediamo il supporto economico per un sistema laser avendo già disponibile un sistema e il laser che fornirà il pompaggio del mezzo attivo (laser Nd:Yag a 10 Hz di frequenza di ripetizione e 5 ns durata temporale con generazione di seconda armonica).
La realizzazione di queste sorgenti con durata temporale variabile (5-100 ns) rappresenta una ricerca necessaria sia per acquisire la strumentazione per il progetto stesso sia per ottenere un risultato originale nell'ambito delle sorgenti laser. Le energie ottenibili da questi tipi di laser sono di mJ per impulso e quindi largamente sufficienti per ottenere le intensità necessarie per il laser dressing.
Questo lavoro sarà accompagnato dall'allestimento della strumentazione ulteriore quale celle riscaldabili per la propagazione dei campi in mezzi gassosi formati da atomi alcalini, rivelazione degli impulsi, elettronica di analisi e di servizio etc. In particolare verrà costruita una cella di lunghezza L=1 m da usare alternativamente a quella già disponibile (L=0.1 m).
La durata temporale variabile del laser dressing e la possibilità di temporizzarlo opportunamente rispetto all'impulso di prova con l'uso di ritardi ottici si presentano come condizioni sufficienti per una prima dimostrazione sperimentale della compressione dell'impulso di prova.

2) Esperimento di compressione con campo di prova debole.
In questa fase si studierà sperimentalmente la compressione di un impulso di prova debole la cui frequenza sia nel visibile. La condizione di debole intensità, che semplifica la modellizzazione, è definita da un modesto trasferimento di popolazione dallo stato di partenza a quello eccitato. Verrà inoltre studiata la possibilità di una estensione del controllo della forma temporale da una compressione ad una forma desiderata dell'impulso. A questo fine, e per un controllo accurato della forma temporale del campo laser di accoppiamento, sarà costruito un formatore di impulsi sulla scala di nanosecondi usando una cella di Pockels da acquistare.

3) Studio dei limiti della tecnica in riferimento alle caratteristiche del laser di prova.
In questa fase esamineremo i limiti di applicazione della tecnica di compressione con riguardo all'intensità del campo di prova e quindi alla condizione di limitata eccitazione atomica. In questi studi cercheremo di trovare sperimentalmente i limiti di compressione: teoricamnte abbiamo visto, infatti, che è accessibile una compressione 100 passando da 10 a 0.1 ns usando un mezzo atomico a temperatura ambiente. Verrano studiate le situazione ottimale di lunghezza di interazione e densità del mezzo gassoso ai fini della compressione. A questo scopo verrà costruito un autocorrelatore non lineare per la misura della forma temporale dell'impulso compresso nel caso di durate inferiori a 1 ns. Verranno inoltre studiati altri limiti della tecnica con particolare riguardo alle condizioni sperimentali di profilo spaziale e di uso di campi anche non limitati per trasformata di Fourier che porterebbero a un uso più generale della tecnica proposta.