Forskerhold udvikler optisk teknik til samtidig at producere og forme gigahertz burst-impulser

Generering og manipulation af høje gentagelsesimpulser lover meget på tværs af forskellige applikationer, herunder højhastighedsfotografering, laserbehandling og akustisk bølgegenerering. Gigahertz (GHz) burst-impulser med intervaller fra ~0,01 til ~10 nanosekunder er særligt værdsat til at visualisere ultrahurtige fænomener og forbedre laserbehandlingseffektiviteten.

Mens der findes metoder til at producere GHz burst-impulser, fortsætter udfordringerne, såsom lav gennemstrømning af pulsenergi, dårlig afstemning af pulsintervaller og kompleksiteten af ​​eksisterende systemer. Desuden står udformningen af ​​den rumlige profil af hver GHz burst-impuls over for begrænsninger på grund af den utilstrækkelige respons fra rumlige lysmodulatorer.

For at løse disse udfordringer har et forskerhold fra University of Tokyo og Saitama University udviklet en innovativ optisk teknik kaldet "spectrum shuttle", som muliggør samtidig produktion af GHz burst-impulser og den individuelle udformning af deres rumlige profiler.

Metoden går ud på at sprede en ultrakort puls horisontalt gennem diffraktionsgitre, rumligt adskille pulsen i forskellige bølgelængder ved hjælp af parallelle spejle. Disse vertikalt justerede impulser gennemgår individuel rumlig modulering ved hjælp af en rumlig lysmodulator. De resulterende modulerede impulser, med varierende tidsforsinkelser i GHz-området, giver spektralt adskilte GHz-burst-impulser, hver unikt formet i sin rumlige profil.

Som rapporteret i Advanced Photonics Nexus , frembragte den foreslåede metode med succes GHz burst-impulser med diskret varierede bølgelængder og tidsmæssige intervaller. Det demonstrerede udformningen af ​​rumlige profiler, herunder positionsskift og topopdeling.

Metodens anvendelse i ultrahurtig spektroskopisk billeddannelse viste dens evne til samtidig at fange dynamik i forskellige bølgelængdebånd.

Metoden letter ultrahurtig billeddannelse inden for subnanosekund til nanosekund tidsskalaer, hvilket muliggør analyse af hurtige, ikke-gentagelige fænomener. Dens potentielle anvendelser omfatter afdækning af ukendte ultrahurtige fænomener og overvågning af hurtige fysiske processer i industrielle omgivelser. Evnen til at forme GHz burst-impulser individuelt lover også i præcisionslaserbehandling og laserterapi.

Navnlig forbedrer det kompakte design af den foreslåede metode dens bærbarhed, hvilket gør den anvendelig på tværs af videnskabelige forskningsfaciliteter og forskellige industrielle teknologisektorer.

"Vores unikke optiske konfiguration muliggør manipulation af ultrakorte impulser med en tredimensionel optisk vej, hvilket muliggør hidtil uset rumlig manipulation af GHz burst-impulser," siger Keitaro Shimada, en Ph.D. kandidat i Institut for Bioingeniør ved University of Tokyo.

"Spectrum shuttle tilbyder en bred vifte af GHz burst-impulser med intervaller fra 10 picosekunder til 10 nanosekunder. Jeg tror på, at applikationer baseret på vores teknik, rettet mod forskellige mål såsom plasmaer, metaller og celler, vil fremskynde videnskabelige opdagelser og teknologiske innovationer inden for industri og medicin."

Den innovative teknik åbner muligheder for at fremme ultrahurtig billeddannelse, med implikationer for både videnskabelig forskning og industrielle anvendelser. Dens evne til samtidig at producere og forme GHz burst-impulser introducerer et alsidigt værktøj til at studere hurtige fænomener og forbedre laserbaserede processer.

Flere oplysninger: Keitaro Shimada et al., Spectrum-shuttle til at producere rumligt formbare GHz-burstimpulser, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016002

Leveret af SPIE