Gigahertz repetitiva pulser med individuella färger och former låser upp ny potential inom ultrasnabb bildbehandling och laserbehandling.
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.
Även om det finns metoder för att generera GHz-skurar av pulser kvarstår utmaningar, såsom låg genomströmning 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 otillräckligt svar från rumsliga ljusmodulatorer.
För att möta dessa utmaningar har ett team av forskare från University of Tokyo och Saitama University utvecklat en innovativ optisk teknik som kallas "spectrum shuttle" som samtidigt genererar och formar de rumsliga konturerna av GHz-burstpulser.
Japan skapar optisk teknik som samtidigt genererar och formar gigahertz-pulser.
(Bildkälla: University of Tokyo)
Metoden går ut på att horisontellt sprida ultrakorta pulser genom ett diffraktionsgitter, med hjälp av parallella speglar för att spatialt separera pulserna i olika våglängder. 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 vara framgångsrik för att 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 lovande inom precisionslaserbehandling och laserterapi.
Det är anmärkningsvärt att ovanstående team har föreslagit innovativa metoder som leder till en kompakt design och förbättrar dess portabilitet, vilket gör den tillämpbar på vetenskapliga forskningsanläggningar och olika industriella tekniksektorer.
Keitaro Shimada, doktorand vid University of Tokyos institution för bioteknik, sa: "Vår unika optiska struktur möjliggör manipulering av ultrakorta pulser med en tredimensionell optisk väg, vilket resulterar i oöverträffad rumslig manipulation av GHz-burstpulser."
Han tillade, "Spectrum shuttling ger ett brett utbud av GHz-burstpulser med intervaller från 10 pikosekunder till 10 nanosekunder. Jag tror att applikationer 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 implikationer för både 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.
