För cirka 10 år sedan introducerade forskare från Lunds universitet och Porto University ett verktyg för att mäta pulslängd hos ultrasnabba lasrar. Samma team har nu uppnått ett genombrott som möjliggör mätning av individuella laserpulser över ett bredare parameterområde i en mer kompakt uppsättning.
"De nuvarande standardmätningarna för femtosekundlasrar, som vanligtvis används inom industri och medicin, ger bara en uppskattning av pulslängden. Vårt tillvägagångssätt ger en mer komplett mätning och kan bidra till att frigöra hela potentialen hos ultrasnabb laserteknik", säger Daniel Díaz Rivas, doktorand i Atomfysik vid Lunds universitet.
Begreppet femtosekundspulser är svårt att förstå för de flesta av oss. Ändå används de för ett brett utbud av vardagliga applikationer, från ögonkirurgi till mikro-bearbetning inom industrin. De extremt korta laserpulserna kan till och med undersöka de snabbaste processerna i naturen, som energiöverföring i fotosyntes och elektrondynamik.
Även när de har använts mer och mer, är den exakta mätningen av pulsernas form och varaktighet en svår uppgift. Elektroniska instrument är för långsamma, varför forskare har vänt sig till optiska metoder.
Nuvarande metoder är begränsade
Dessa typer av optiska tekniker kräver emellertid vanligtvis flera mätningar i en skanningssekvens. Detta gör dem olämpliga för att fånga individuella pulser i realtid.
Enstaka-versioner har dykt upp för att karakterisera mycket korta pulser som vanligtvis används inom grundläggande vetenskap-men kämpar med längre pulser som oftare används i industriella och medicinska tillämpningar. Begränsningarna är relaterade till komplexiteten i att tillräckligt sträcka pulserna inom en kompakt optisk uppsättning.
En elegant lösning uppstår
Forskare vid Lunds universitet har nu utvecklat ett kompakt och elegant sätt att sträcka ut ultrasnabba laserpulser med en enkel optisk princip. Forskningen publiceras i tidskriftenOptica.
Genom att skicka en pulsad laserstråle genom ett diffraktionsgitter-en komponent som rumsligt separerar ljus i sina färger-och avbilda gittret med en kombination av linser, kan de exakt kontrollera pulslängden över laserstrålen.
Detta tillvägagångssätt tillåter femtosekundpulser att förlängas mer än tio gånger inom en kompakt optisk uppsättning.
Detta möjliggör fullständig karaktärisering i en enda bild, utan behov av optiska element för-förkompensation. Resultatet av detta arbete är en mångsidig teknik som kan fungera under pulslängder som sträcker sig från några femtosekunder till hundratals, vilket täcker vetenskapliga, industriella och medicinska tillämpningar. Det öppnar dörren till realtidsövervakning- av individuella pulser, något som tidigare var utom räckhåll för många laserplattformar.
Ser framåt
Utöver pulskarakterisering kan denna optiska princip användas för att forma de spatiotemporala egenskaperna hos ljuspulser och utforska olika sätt att studera ljus-materiainteraktioner.
"När ultrasnabba lasrar fortsätter att driva innovation inom vetenskap och teknik, kommer verktyg som detta att vara nyckeln till att tänja på gränserna för precision och förståelse", avslutar Cord Arnold, universitetslektor i atomfysik vid Lunds universitet.
