Gigahertz gentagne pulser med individuelle farver og former frigør nyt potentiale inden for ultrahurtig billedbehandling og laserbehandling.
Generering og udformning af meget gentagne impulser lover meget for en række applikationer, herunder højhastighedsfotografering, laserbehandling og generering af akustiske bølger. Gigahertz (GHz)-impulser med intervaller på ~0.01 ~ ~10 nanosekunder er særligt værdifulde til at visualisere ultrahurtige fænomener og forbedre effektiviteten af laserbehandling.
Mens der findes metoder til at generere GHz-udbrud af pulser, er der stadig udfordringer, såsom lav gennemstrømning af pulsenergi, dårlig afstemning af pulsintervaller og kompleksitet af eksisterende systemer. Derudover er udformningen af den rumlige profil af hver GHz burst-impuls begrænset på grund af utilstrækkelig respons fra rumlige lysmodulatorer.
For at løse disse udfordringer har et team af forskere fra University of Tokyo og Saitama University udviklet en innovativ optisk teknologi kaldet "spectrum shuttle", der samtidigt genererer og former de rumlige konturer af GHz burst-impulser.
Japan skaber optisk teknologi, der samtidig genererer og former gigahertz-impulser.
(Billedkilde: University of Tokyo)
Metoden involverer vandret spredning af ultrakorte impulser gennem et diffraktionsgitter, ved hjælp af parallelle spejle til rumligt at adskille impulserne i forskellige bølgelængder. Disse vertikalt justerede impulser er i stand til at blive individuelt rumligt moduleret ved hjælp af en rumlig lysmodulator. De resulterende modulerede impulser, med forskellige tidsforsinkelser i GHz-området, producerer spektralt adskilte GHz-bursts af impulser, hver med en unik form i sin rumlige profil.
Metoden rapporteres at være vellykket til at generere GHz burst-impulser med diskrete variationer i bølgelængde og tidsinterval. Det demonstrerer dannelsen af rumlige profiler, herunder positionsforskydninger og topopdeling. Anvendelsen af metoden til ultrahurtig spektral billeddannelse demonstrerer dens evne til at fange dynamikken i forskellige bølgelængdebånd samtidigt.
Metoden letter ultrahurtig billeddannelse i sub-nanosekund til nanosekund tidsskalaer, hvilket muliggør analyse af hurtige, ikke-gentagelige fænomener. Dens potentielle anvendelser omfatter afsløring af ukendte ultrahurtige fænomener og overvågning af hurtige fysiske processer i industrielle miljøer. Evnen til individuelt at forme GHz-impulser er også lovende inden for præcisionslaserbehandling og laserterapi.
Det er bemærkelsesværdigt, at ovenstående team har foreslået innovative metoder, der fører til et kompakt design og forbedrer dets portabilitet, hvilket gør det anvendeligt til videnskabelige forskningsfaciliteter og forskellige industrielle teknologisektorer.
Keitaro Shimada, en ph.d.-kandidat ved University of Tokyo's Department of Bioengineering, sagde: "Vores unikke optiske struktur tillader manipulation af ultrakorte impulser med en tredimensionel optisk vej, hvilket resulterer i hidtil uset rumlig manipulation af GHz burst-impulser."
Han tilføjede, "Spektrum-shuttling giver en bred vifte af GHz burst-impulser med intervaller fra 10 picosekunder til 10 nanosekunder. Jeg tror, at applikationer baseret på vores teknologi til en række forskellige mål, herunder plasma, metaller og celler, vil fremskynde videnskabelig opdagelse og teknologisk innovation inden for industri og medicin."
Denne innovative teknologi åbner vejen for at fremme ultrahurtig billeddannelse, med implikationer for både videnskabelig forskning og industrielle anvendelser. Dens evne til samtidig at generere og danne bursts af GHz-impulser introducerer et alsidigt værktøj til at studere hurtige fænomener og forbedre laserbaserede processer.
