RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Compressione temporale di impulsi di radiazione laser mediante controllo coerente

Università di riferimento

Università degli Studi di SIENA - FISICA - SIENA(SI)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Roberto BUFFA

Descrizione

Obiettivi: Obiettivo principale del presente progetto è la realizzazione di un realistico modello teorico/numerico che fornisca un'approfondita conoscenza dei limiti raggiungibili – e che permetta di predire le prestazioni ottenibili – da un apparato sperimentale che utilizzi la tecnica di compressione temporale descritta in [1,2]. Obiettivo non meno importante è quello di fornire un supporto di calcolo al gruppo di Firenze nel progetto dell'esperimento e nell'interpretazione dei risultati sperimentali.
Nei citati lavori la trattazione è stata limitata al caso in cui l'impulso laser che viene temporalmente compresso sia 1) di debole intensità, 2) di durata temporale superiore a 100 ps, 3) limitato per trasformata di Fourier.
1) Di evidente interesse appare la comprensione di come il processo di compressione funzioni all'aumentare dell'intensità del laser di "probe". In questa situazione, gli effetti di processi concomitanti – quali Stark shift dei livelli energetici e/o riduzione della popolazione atomica nello stato fondamentale, non introdotti in [1,2] – non possono più essere considerati trascurabili a priori.
2) I calcoli numerici da noi effettuati in [2] mostrano come una compressione temporale di due ordini di grandezza (da 10 ns a 100 ps) sia ottenibile sotto condizioni sperimentali rilassate (atomi a temperatura ambiente in celle standard e intensità del laser di "controllo" dell'ordine dei MW/cm^2). Di evidente interesse appare la comprensione di come il processo di compressione funzioni al diminuire della durata temporale Dt del laser di "probe". L'analisi teorica da noi effettuata in [1] mostra come l'intensità del laser di "controllo" richiesta sia proporzionale a 1/Dt^2. Durate temporali Dt inferiori richiedono pertanto maggiori intensità del laser di "controllo", situazione nella quale processi di Stark shift dei livelli energetici e/o ionizzazione multifotonica dell'atomo non possono più essere trascurati a priori.
3) Un'analisi teorica preliminare da noi effettuata suggerisce che, nel caso di impulsi laser di "probe" non limitati per trasformata di Fourier, l'intensità del laser di "controllo" debba essere proporzionale al quadrato della larghezza di banda spettrale dell'impulso laser di "probe". Ciò suggerisce che la tecnica di compressione da noi proposta sia applicabile anche ad impulsi laser di "probe" a larga banda spettrale, purchè il laser di "controllo" sia sufficientemente intenso. Appare di evidente interesse un'analisi più rigorosa di questa indicazione al fine di progettare un apparato sperimentale di semplice realizzazione.
Metodologie: Uno studio sistematico del processo richiede:
1) la soluzione numerica delle equazioni di Liouville, per descrivere l'evoluzione temporale delle popolazioni e coerenze del singolo atomo; 2) la media sulla distribuzione Doppler delle velocità, per ottenere l'evoluzione temporale della polarizzazione del mezzo gassoso; 3) la soluzione numerica delle equazioni di Maxwell, per descrivere la propagazione dei campi laser.
Questa procedura risulta essere proibitiva per le nostre attuali capacità di calcolo numerico e richiede l'utilizzazione di sistemi di calcolo più potenti e veloci.