Generering och manipulering av högupprepande pulser lovar mycket i olika applikationer, inklusive höghastighetsfotografering, laserbehandling och generering av akustiska vågor. Gigahertz (GHz) burstpulser, med intervaller från ~0,01 till ~10 nanosekunder, är särskilt värderade för att visualisera ultrasnabba fenomen och förbättra laserbehandlingseffektiviteten.
Även om metoder för att producera GHz-skurpulser existerar, kvarstår utmaningar, såsom låg genomströmning av pulsenergi, dålig avstämning av pulsintervall och komplexiteten hos befintliga system. Dessutom möter utformningen av den rumsliga profilen för varje GHz-skurpuls begränsningar på grund av den otillräckliga responsen från rumsliga ljusmodulatorer.
För att ta itu med dessa utmaningar har ett forskarlag från University of Tokyo och Saitama University utvecklat en innovativ optisk teknik som kallas "spectrum shuttle", som samtidigt möjliggör produktion av GHz-burstpulser och individuell utformning av deras rumsliga profiler.
Metoden går ut på att sprida en ultrakort puls horisontellt genom diffraktionsgitter, spatiellt separera pulsen i olika våglängder med hjälp av parallella speglar. Dessa vertikalt inriktade pulser genomgår individuell rumslig modulering med användning av en rumslig ljusmodulator. De resulterande modulerade pulserna, med varierande tidsfördröjningar i GHz-intervallet, ger spektralt separerade GHz-skurpulser, var och en unik formad i sin rumsliga profil.
Som rapporterats i Advanced Photonics Nexus , producerade den föreslagna metoden framgångsrikt GHz-skurpulser med diskret varierade våglängder och tidsintervall. Den visade utformningen av rumsliga profiler, inklusive positionsförskjutningar och toppdelning.
Metodens tillämpning inom ultrasnabb spektroskopisk avbildning visade upp dess förmåga att samtidigt fånga dynamik i olika våglängdsband.
Metoden underlättar ultrasnabb avbildning inom subnanosekund till nanosekund tidsskalor, vilket möjliggör analys av snabba, icke-repetitiva fenomen. Dess potentiella tillämpningar inkluderar att avslöja okända ultrasnabba fenomen och övervaka snabba fysiska processer i industriella miljöer. Möjligheten att forma GHz-burstpulser individuellt lovar också i precisionslaserbehandling och laserterapi.
Den kompakta utformningen av den föreslagna metoden förbättrar dess bärbarhet, vilket gör den tillämpbar över vetenskapliga forskningsanläggningar och olika industriella tekniksektorer.
"Vår unika optiska konfiguration möjliggör manipulering av ultrakorta pulser med en tredimensionell optisk väg, vilket möjliggör oöverträffad rumslig manipulation av GHz-burstpulser", säger Keitaro Shimada, Ph.D. kandidat vid institutionen för bioteknik vid University of Tokyo.
"Spectrum shuttle erbjuder ett brett utbud av GHz-burstpulser med intervaller från 10 pikosekunder till 10 nanosekunder. Jag tror att tillämpningar baserade på vår teknik, riktade mot olika mål såsom plasma, metaller och celler, kommer att påskynda vetenskapliga upptäckter och tekniska innovationer inom industri och medicin."
Den innovativa tekniken öppnar vägar för att avancera ultrasnabb bildbehandling, med implikationer för både vetenskaplig forskning och industriella tillämpningar. Dess förmåga att samtidigt producera och forma GHz-burstpulser introducerar ett mångsidigt verktyg för att studera snabba fenomen och förbättra laserbaserade processer.
Mer information: Keitaro Shimada et al, Spectrum-skyttel för att producera rumsligt formbara GHz-burstpulser, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016002
Tillhandahålls av SPIE
