Esperimenti ultrarapidi per un'energia sempre più elevata
Gli esperimenti della fisica moderna che studiano nuovi domini, ad esempio l'accelerazione delle particelle o la fisica nucleare assistita dal laser, si basano su impulsi ad intensità estremamente elevata. Nonostante i recenti progressi nella tecnologia del laser, tuttora sussistono alcuni difetti nel profilo temporale degli impulsi provenienti da pre-impulsi e basi di emissioni spontanee amplificate ad alto livello. Nell'ambito di questa problematica, il progetto SHARP si è occupato dello sviluppo di nuovi metodi e strumenti per ottenere un contrasto temporale ottimale per l'interazione tra laser e materia. In questo contesto, gli effetti non lineari associati possono comportare una riduzione significativa del livello di emissioni spontanee amplificate in relazione all'impulso ultrarapido (nell'ordine del femtosecondo). Uno delle risultanze fondamentali del progetto è stata l'amplificazione diretta di impulsi laser al femtosecondo visibili ad elevata energia con l'ausilio di un laser a fluoruro di xenon (XeF) (C-A). Il dispositivo fotolitico compatto mostra un limitato indice di rifrazione non lineare, che consente l'amplificazione diretta senza allargamento dell'impulso. Il dispositivo, inoltre, è in grado di produrre energia estremamente elevata e pulsazioni laser ultrarapide nella regione blu-verde dello spettro. Grazie al limitato guadagno dei segnali e a un ciclo di vita della radiazione relativamente lungo (100ns), il fluoruro di xenon fotolitico è un mezzo gassoso che implica un basso livello di emissioni spontanee amplificate. Oltre a ciò, il mezzo mostra un'ampia larghezza di banda di amplificazione e una fluenza di saturazione piuttosto elevata. Queste potenzialità rendono il dispositivo particolarmente adatto per lo sviluppo di sistemi laser ad energia ultraelevata (fino al livello di petawatt). Il dispositivo è stato progettato con la minima complessità possibile, per limitare i costi in fase di produzione. D'altra parte, il suo design limita il verificarsi di pre-impulsi, garantendo una notevole minimizzazione delle perdite di energia. Per tale motivo, il dispositivo si rivela particolarmente utile per ottenere impulsi al femtosecondo ad alta energia e contrasto, e può essere utilizzato in impianti di laboratorio ultrarapidi, nell'ordine dei trabatti e anche dei petawatt. Gli esempi di esperimenti della fisica a campo elevato implicano la diagnostica al plasma denso a risoluzione temporale, la generazione di fonti di raggi X e plasma laser, l'innesco di reazioni fotonucleari, l'accelerazione di particelle o l'esplorazione del regime relativistico dell'interazione tra radiazione e materia.
