High-Harmonic Generation (HHG) driven by intense femtosecond lasers in noble gases has revolutionized the world of coherent XUV light sources for table-top setups. These sources enable the generation of attosecond pulse trains and isolated attosecond pulses, expanding ultrafast science into the attosecond time domain across various materials. However, to extend the research to chiral molecules, ultrafast magnetism, and topological materials, there is a need for table-top light sources capable of producing circularly polarized attosecond pulses. This work presents a comprehensive analysis of the current state of the art of circularly polarized HHG setups, focusing on two distinct configurations: collinear and non-collinear. In non-collinear geometry, each XUV beam maintains a consistent circular polarization state across the entire spectral range. This characteristic enables the achievement of circularly polarized isolated attosecond pulses through the utilization of few-cycle pulses. These are the motivations which led us to develop a table-top setup for producing circularly polarized high-order harmonics in non-collinear geometry. This work outlines the details of the first design and its validation stages, aiming at the generation and visualization of circularly polarized high-order harmonics. While several challenges are still present, the first results seem to be promising and set a solid basis for future developments.

La generazione di armoniche di ordine elevato (HHG) ottenuta da laser intensi a femtosecondi nei gas nobili ha rivoluzionato il mondo delle sorgenti luminose XUV coerenti create in laboratorio. Queste fonti consentono la generazione di treni di impulsi ad attosecondi e impulsi ad attosecondi isolati, espandendo la scienza ultraveloce nel dominio temporale degli attosecondi su vari materiali. Tuttavia, per estendere la ricerca alle molecole chirali, al magnetismo ultraveloce e ai materiali topologici, sono necessarie sorgenti luminose in grado di produrre impulsi ad attosecondi polarizzati circolarmente. Questo lavoro presenta un'analisi completa dell'attuale stato dell'arte delle configurazioni HHG polarizzate circolarmente, concentrandosi su due distinte configurazioni: collineare e non collineare. Nella geometria non collineare, ciascun fascio XUV mantiene uno stato di polarizzazione circolare coerente nell'intero intervallo spettrale. Questa caratteristica consente di ottenere impulsi ad attosecondi isolati con polarizzazione circolare attraverso l'utilizzo di impulsi di pochi cicli. Queste sono le motivazioni che ci hanno portato a sviluppare una configurazione per produrre armoniche di ordine elevato polarizzate circolarmente in geometria non collineare. Questo lavoro delinea i dettagli del primo progetto e le sue fasi di validazione, mirando alla generazione e visualizzazione di armoniche di ordine elevato polarizzate circolarmente. Sebbene siano ancora presenti numerose sfide, i primi risultati sembrano promettenti e costituiscono una solida base per gli sviluppi futuri.

Non collinear circularly polarized high harmonic generation

Fede, Letizia
2022/2023

Abstract

High-Harmonic Generation (HHG) driven by intense femtosecond lasers in noble gases has revolutionized the world of coherent XUV light sources for table-top setups. These sources enable the generation of attosecond pulse trains and isolated attosecond pulses, expanding ultrafast science into the attosecond time domain across various materials. However, to extend the research to chiral molecules, ultrafast magnetism, and topological materials, there is a need for table-top light sources capable of producing circularly polarized attosecond pulses. This work presents a comprehensive analysis of the current state of the art of circularly polarized HHG setups, focusing on two distinct configurations: collinear and non-collinear. In non-collinear geometry, each XUV beam maintains a consistent circular polarization state across the entire spectral range. This characteristic enables the achievement of circularly polarized isolated attosecond pulses through the utilization of few-cycle pulses. These are the motivations which led us to develop a table-top setup for producing circularly polarized high-order harmonics in non-collinear geometry. This work outlines the details of the first design and its validation stages, aiming at the generation and visualization of circularly polarized high-order harmonics. While several challenges are still present, the first results seem to be promising and set a solid basis for future developments.
DI PALO, NICOLA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
5-ott-2023
2022/2023
La generazione di armoniche di ordine elevato (HHG) ottenuta da laser intensi a femtosecondi nei gas nobili ha rivoluzionato il mondo delle sorgenti luminose XUV coerenti create in laboratorio. Queste fonti consentono la generazione di treni di impulsi ad attosecondi e impulsi ad attosecondi isolati, espandendo la scienza ultraveloce nel dominio temporale degli attosecondi su vari materiali. Tuttavia, per estendere la ricerca alle molecole chirali, al magnetismo ultraveloce e ai materiali topologici, sono necessarie sorgenti luminose in grado di produrre impulsi ad attosecondi polarizzati circolarmente. Questo lavoro presenta un'analisi completa dell'attuale stato dell'arte delle configurazioni HHG polarizzate circolarmente, concentrandosi su due distinte configurazioni: collineare e non collineare. Nella geometria non collineare, ciascun fascio XUV mantiene uno stato di polarizzazione circolare coerente nell'intero intervallo spettrale. Questa caratteristica consente di ottenere impulsi ad attosecondi isolati con polarizzazione circolare attraverso l'utilizzo di impulsi di pochi cicli. Queste sono le motivazioni che ci hanno portato a sviluppare una configurazione per produrre armoniche di ordine elevato polarizzate circolarmente in geometria non collineare. Questo lavoro delinea i dettagli del primo progetto e le sue fasi di validazione, mirando alla generazione e visualizzazione di armoniche di ordine elevato polarizzate circolarmente. Sebbene siano ancora presenti numerose sfide, i primi risultati sembrano promettenti e costituiscono una solida base per gli sviluppi futuri.
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