研究價值
具有單獨顏色和形狀的千兆赫茲重復(fù)脈沖,在超快成像和激光加工處理中釋放出了新的潛力。
來自日本東京大學(xué)和埼玉大學(xué)的一個研究小組開發(fā)了一種名為“頻譜穿梭”(spectrum shuttle)的創(chuàng)新光學(xué)技術(shù)。該技術(shù)可以同時產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖,并形成其空間輪廓。
(圖源:University of Tokyo)
高重復(fù)脈沖的產(chǎn)生和整形,在各種應(yīng)用中都有很大的前景,包括高速攝影、激光處理和聲波產(chǎn)生。間隔為~0.01 ~ ~10納秒的千兆赫(GHz)脈沖在超快現(xiàn)象的可視化、提高激光加工效率方面特別有價值。
目前,業(yè)界雖然已有產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖的方法,但仍然存在挑戰(zhàn)——例如脈沖能量的輸出效率低、脈沖間隔的可調(diào)性差以及現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外,由于空間光調(diào)制器的響應(yīng)不足,對每個GHz突發(fā)脈沖的空間輪廓的塑造受到限制。
為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn),上述研究團隊開發(fā)出了一個新方案。
該方法包括通過衍射光柵水平分散超短脈沖,使用平行鏡將脈沖在空間上分離成不同的波長。這些垂直排列的脈沖,能夠使用空間光調(diào)制器進行單獨的空間調(diào)制。由此產(chǎn)生的調(diào)制脈沖,在GHz范圍內(nèi)具有不同的時間延遲,產(chǎn)生頻譜分離的GHz突發(fā)脈沖,每個脈沖在其空間剖面中具有獨特的形狀。
據(jù)報道,該方法成功地產(chǎn)生了波長和時間間隔離散變化的GHz突發(fā)脈沖。它展示了空間輪廓的形成,包括位置移位和峰分裂。該方法在超快光譜成像中的應(yīng)用表明,它能夠同時捕獲不同波長波段的動態(tài)。
該方法促進了亞納秒到納秒時間尺度內(nèi)的超快成像,使快速、非重復(fù)現(xiàn)象的分析成為可能。它的潛在應(yīng)用包括揭示未知的超快現(xiàn)象和監(jiān)測工業(yè)環(huán)境中的快速物理過程。在精密激光加工和激光治療中,單獨成形GHz脈沖的能力也頗有大展身手的機會。
值得注意的是,上述團隊提出創(chuàng)新方法帶來了緊湊設(shè)計并增強了其可移植性,使其適用于科學(xué)研究設(shè)施和各種工業(yè)技術(shù)部門。
東京大學(xué)生物工程系的博士候選人Keitaro Shimada表示:“我們獨特的光學(xué)結(jié)構(gòu)允許用三維光路操縱超短脈沖,從而實現(xiàn)對GHz突發(fā)脈沖的前所未有的空間操縱?!?/p>
他補充稱:“頻譜穿梭提供了寬范圍的GHz突發(fā)脈沖,間隔從10皮秒到10納秒不等。我相信,以我們的技術(shù)為基礎(chǔ),針對等離子體、金屬和細(xì)胞等各種目標(biāo)的應(yīng)用,將加速工業(yè)和醫(yī)學(xué)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新?!?/p>
這項創(chuàng)新技術(shù)為推進超快成像開辟了道路,對科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用都有意義。它同時產(chǎn)生和形成GHz突發(fā)脈沖的能力,為研究快速現(xiàn)象和增強基于激光的過程引入了一種多功能工具。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:日本打造出可同時產(chǎn)生和成形千兆赫脈沖的光學(xué)技術(shù)
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