Toistuvagigahertsiäyksittäisiä värejä ja muotoja sisältävät pulssit avaavat uusia mahdollisuuksia ultranopeassa kuvantamisessa ja laserkäsittelyssä.
Tokion yliopiston ja Japanin Saitaman yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt innovatiivisen optisen tekniikan nimeltä "spektrisukkula". Tekniikka voi samanaikaisesti tuottaa GHz:n pulssipurskeita ja muodostaa niiden spatiaaliset profiilit.
Erittäin toistuvien pulssien luominen ja muotoilu tarjoavat suuret lupaukset erilaisiin sovelluksiin, mukaan lukien nopea valokuvaus, laserkäsittely ja akustisten aaltojen generointi. Gigahertsin (GHz) pulssit, joiden väli on ~0.01 ~ ~10 nanosekuntia, ovat erityisen arvokkaita ultranopeiden ilmiöiden visualisoinnissa ja laserkäsittelyn tehokkuuden parantamisessa.
Tällä hetkellä, vaikka alalla on saatavilla menetelmiä GHz:n pulssipurskeiden tuottamiseksi, haasteita ovat edelleen, kuten pulssienergian tehoton tuotto, pulssivälien huono virittävyys ja olemassa olevien järjestelmien monimutkaisuus. Lisäksi kunkin GHz:n purskepulssin spatiaalisen profiilin muotoilu on rajoitettua spatiaalisten valomodulaattoreiden riittämättömän vasteen vuoksi.
Vastatakseen näihin haasteisiin edellä mainittu tutkimusryhmä kehitti uuden järjestelmän.
Lähestymistapa koostuu ultralyhyiden pulssien horisontaalisesta hajauttamisesta diffraktiohilan läpi käyttämällä rinnakkaisia peilejä pulssien erottamiseen eri aallonpituuksille avaruudellisesti. Nämä pystysuoraan kohdistetut pulssit voidaan moduloida yksilöllisesti spatiaalisen valomodulaattorin avulla. Tuloksena olevat moduloidut pulssit, joilla on erilaiset aikaviiveet GHz-alueella, tuottavat spektrisesti erotettuja GHz:n pulssipurskeita, joista jokaisella on ainutlaatuinen muoto tilaprofiilissaan.
Menetelmän on raportoitu tuottavan onnistuneesti GHz:n purskepulsseja, joissa on diskreettejä vaihteluita aallonpituudessa ja aikavälissä. Se havainnollistaa tilaprofiilien muodostumista, mukaan lukien paikansiirrot ja huippujen jakaminen. Menetelmän soveltaminen ultranopeaan spektrikuvaukseen osoittaa sen kyvyn siepata eri aallonpituuskaistojen dynamiikkaa samanaikaisesti.
Menetelmä mahdollistaa ultranopean kuvantamisen nanosekunnin alapuolella nanosekunnissa, mikä mahdollistaa nopeiden, ei-toistuvien ilmiöiden analysoinnin. Sen potentiaalisia sovelluksia ovat tuntemattomien ultranopeiden ilmiöiden paljastaminen ja nopeiden fyysisten prosessien seuranta teollisuusympäristöissä. Mahdollisuus muokata yksilöllisesti GHz-pulsseja on myös varsin lupaava tarkkuuslaserkäsittelyssä ja laserterapiassa.
Erityisesti tiimin innovatiivinen lähestymistapa on johtanut kompaktiin muotoiluun ja parempaan siirrettävyyteen, mikä tekee siitä sopivan käytettäväksi tieteellisissä tutkimuslaitoksissa ja erilaisissa teollisissa teknologioissa.
Keitaro Shimada, tohtori kandidaatti biotekniikan laitoksellaTokion yliopisto, sanoi: "Ainutlaatuinen optinen rakenteemme mahdollistaa ultralyhyiden pulssien manipuloinnin kolmiulotteisella optisella polulla, mikä johtaa GHz-purskeiden ennennäkemättömään spatiaaliseen manipulointiin."
Hän lisäsi: "Spectrum shuttling tarjoaa laajan valikoiman GHz:n purskepulsseja, joiden välit vaihtelevat 10 pikosekunnista 10 nanosekuntiin. Uskon, että teknologiaamme perustuvat sovellukset erilaisille kohteille, mukaan lukien plasma, metallit ja solut, nopeuttavat tieteellistä löytöä. sekä teknologiset innovaatiot teollisuudessa ja lääketieteessä."
Tämä innovatiivinen tekniikka avaa tien ultranopean kuvantamisen edistämiselle, mikä vaikuttaa tieteelliseen tutkimukseen ja teollisiin sovelluksiin. Sen kyky generoida ja muodostaa samanaikaisesti GHz pulssien purskeita tarjoaa monipuolisen työkalun nopeiden ilmiöiden tutkimiseen ja laserpohjaisten prosessien tehostamiseen.
