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La caratterizzazione degli impulsi laser ultracorti ed in particolare la misura della loro durata è sempre stata una “sfida” affascinante. Tuttavia le difficoltà che si presentano sono molteplici: la ricerca di un evento più breve da usare come termine di paragone, effetti non-lineari causati dallo stesso impulso, complessità del set-up sperimentale necessario per effettuare le misure.
Nel caso degli impulsi laser ultracorti (scala dei femtosecondi), essendo difficilmente disponibile un impulso “paragone” più corto, è l’impulso stesso a fungere anche da “paragone”.
Una delle tecniche più promettenti nel campo della caratterizzazione degli impulsi laser ultracorti è GRENOUILLE (Grating-eliminated no-nonsense observation of ultrafast incident laser light e-fields), che risulta essere più efficace rispetto ad altre tecniche come l’autocorrelazione e l’autocorrelazione interferometrica, che non portano fra l’altro alla caratterizzazione completa dell’impulso laser. Inoltre GRENOUILLE è più semplice da realizzare rispetto ad altri metodi di misura completa dei parametri intensità e fase dell’impulso, come FROG (Frequency-resolved optical gating).
GRENOUILLE si basa sulla precedente tecnica FROG rispetto alla quale la configurazione sperimentale prevede importanti semplificazioni grazie all’impiego di un biprisma di Fresnel ed un cristallo spesso per la Generazione di Seconda Armonica. Quest’ultima innovazione consente fra l’altro di aumentare considerevolmente il segnale di Seconda Armonica alla base della misura.
Il risultato di una misura GRENOUILLE consiste in uno spettrogramma, cioè in una traccia bidimensionale in cui sull’asse verticale è riportato lo spettro della radiazione laser in funzione del tempo (asse orizzontale).
In questo lavoro di tesi si presenta lo sviluppo di un software di analisi per dati acquisiti da un apparato GRENOUILLE ed il relativo confronto con i dati ottenuti da un autocorrelatore.
La diagnostica innovativa è basata sull’acquisizione della traccia GRENOUILLE, a cui viene sottratto il background e calibrata prima di essere inserita nel programma di analisi. In un secondo momento, la traccia GRENOUILLE viene paragonata con una traccia “ricostruita” sulla base di parametri di un impulso “arbitrario” simile a quello sperimentale ipotizzato. Usando quindi un algoritmo di minimizzazione si varia l’impulso “arbitrario” così da minimizzare la funzione “distanza” tra le due immagini (χ^2) e ottenere finalmente la “forma” dell’impulso laser preso in esame.
Il software di analisi delle tracce GRENOUILLE è stato testato su immagini sperimentali acquisite da impulsi laser ultracorti disponibili presso la Central Laser Facility (CLF) del Science and Tecnology Facility Council (STFC) presso il Rutherford Appleton Laboratory (UK).
L’attività di tesi è consistita essenzialmente di due parti. Lo sviluppo del programma di analisi delle immagini GRENOUILLE è stato portato avanti presso il Dipartimento di Fisica dell’Universita di Pisa all’interno di una collaborazione scientifica tra il Prof. Danilo Giulietti ed il Dr. Marco Galimberti del CLF, STFC. La parte sperimentale è stata invece condotta presso la Central Laser Facility del RAL, sotto la guida del Dr. Galimberti. Essa è consistita nella realizzazione di un autocorrelatore, che è stato successivamente usato per il confronto tra i risultati della misura della durata di impulsi ultracorti ottenuti con quest’ultimo (tecnica convenzionale) e con la tecnica GRENOUILLE. Questo lavoro di tesi ha mostrato come sia possibile impiegare questa tecnica innovativa su un sistema laser di grande potenza come VULCAN, che consente tramite una successiva analisi delle tracce (metodo del minimo sviluppato) di ottenere una completa e ottimale caratterizzazione dell’impulso laser ultracorto. Una caratteristica del metodo sviluppato consiste nella possibilità di integrarlo con ulteriori informazioni provenienti da altre diagnostiche, aumentando così l’accuratezza della caratterizzazione dell’impulso laser preso in esame.