Upprepandegigahertzpulser med individuella färger och former frigör ny potential inom ultrasnabb bildbehandling och laserbehandling.
Ett team av forskare från University of Tokyo och Saitama University i Japan har utvecklat en innovativ optisk teknik som kallas "spectrum shuttle". Tekniken kan samtidigt generera GHz-skurar av pulser och bilda deras rumsliga profiler.
Generering och formning av mycket repetitiva pulser lovar mycket för en mängd olika applikationer, inklusive höghastighetsfotografering, laserbehandling och akustisk våggenerering. Gigahertz (GHz) pulser med intervaller på ~0.01 ~ ~10 nanosekunder är särskilt värdefulla för att visualisera ultrasnabba fenomen och förbättra effektiviteten av laserbehandling.
För närvarande, även om metoder för att generera GHz-skurar av pulser är tillgängliga i industrin, kvarstår utmaningar - såsom ineffektiv utmatning av pulsenergi, dålig avstämning av pulsintervall och komplexitet hos befintliga system. Dessutom är utformningen av den rumsliga profilen för varje GHz-skurpuls begränsad på grund av det otillräckliga svaret från rumsliga ljusmodulatorer.
För att möta dessa utmaningar utvecklade forskargruppen ovan ett nytt system.
Tillvägagångssättet består av att horisontellt sprida ultrakorta pulser genom ett diffraktionsgitter, med hjälp av parallella speglar för att separera pulserna i olika våglängder spatialt. Dessa vertikalt inriktade pulser kan individuellt spatialt moduleras med hjälp av en spatial ljusmodulator. De resulterande modulerade pulserna, med olika tidsfördröjningar i GHz-området, producerar spektralt separerade GHz-skurar av pulser, var och en med en unik form i sin rumsliga profil.
Metoden rapporteras framgångsrikt generera GHz-skurpulser med diskreta variationer i våglängd och tidsintervall. Det visar bildandet av rumsliga profiler inklusive positionsförskjutningar och toppdelning. Tillämpningen av metoden på ultrasnabb spektral avbildning visar dess förmåga att fånga dynamiken hos olika våglängdsband samtidigt.
Metoden underlättar ultrasnabb avbildning i sub-nanosekund till nanosekunders 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. Förmågan att individuellt forma GHz-pulser är också ganska lovande inom precisionslaserbehandling och laserterapi.
Framför allt har teamets innovativa tillvägagångssätt resulterat i en kompakt design och förbättrad portabilitet, vilket gör den lämplig för användning i vetenskapliga forskningsanläggningar och en mängd olika industriella teknologier
Keitaro Shimada, en Ph.D. kandidat vid institutionen för bioteknik vidTokyos universitet, sade, "Vår unika optiska struktur tillåter manipulering av ultrakorta pulser med en tredimensionell optisk väg, vilket resulterar i oöverträffad rumslig manipulation av GHz-skurar."
Han tillade, "Spectrum shuttling ger ett brett utbud av GHz-burstpulser med intervaller från 10 pikosekunder till 10 nanosekunder. Jag tror att tillämpningar baserade på vår teknologi för en mängd olika mål, inklusive plasma, metaller och celler, kommer att påskynda vetenskaplig upptäckt och teknisk innovation inom industri och medicin."
Denna innovativa teknologi öppnar vägen för avancerad ultrasnabb bildbehandling, med konsekvenser för vetenskaplig forskning och industriella tillämpningar. Dess förmåga att samtidigt generera och bilda skurar av GHz-pulser introducerar ett mångsidigt verktyg för att studera snabba fenomen och förbättra laserbaserade processer.
