HerhalendeGigahertzpulsen met individuele kleuren en vormen ontsluiten nieuwe mogelijkheden op het gebied van ultrasnelle beeldvorming en laserverwerking.
Een team van onderzoekers van de Universiteit van Tokio en de Saitama Universiteit in Japan heeft een innovatieve optische techniek ontwikkeld, genaamd ‘spectrum shuttle’. De techniek kan tegelijkertijd GHz-pulsen genereren en hun ruimtelijke profielen vormen.
Het genereren en vormgeven van zeer repetitieve pulsen is veelbelovend voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder snelle fotografie, laserverwerking en het genereren van akoestische golven. Gigahertz (GHz)-pulsen met intervallen van ~0.01 ~ ~10 nanoseconden zijn bijzonder waardevol bij het visualiseren van ultrasnelle verschijnselen en het verbeteren van de efficiëntie van laserverwerking.
Hoewel er momenteel methoden voor het genereren van GHz-pulsen beschikbaar zijn in de industrie, blijven er uitdagingen bestaan, zoals inefficiënte uitvoer van pulsenergie, slechte afstembaarheid van pulsintervallen en de complexiteit van bestaande systemen. Bovendien is het vormgeven van het ruimtelijke profiel van elke GHz-burstpuls beperkt vanwege de onvoldoende respons van ruimtelijke lichtmodulatoren.
Om deze uitdagingen aan te pakken, heeft het hierboven genoemde onderzoeksteam een nieuw plan ontwikkeld.
De aanpak bestaat uit het horizontaal verspreiden van ultrakorte pulsen door een diffractierooster, waarbij parallelle spiegels worden gebruikt om de pulsen ruimtelijk in verschillende golflengten te scheiden. Deze verticaal uitgelijnde pulsen kunnen individueel ruimtelijk worden gemoduleerd met behulp van een ruimtelijke lichtmodulator. De resulterende gemoduleerde pulsen, met verschillende tijdsvertragingen in het GHz-bereik, produceren spectraal gescheiden GHz-pulsen, elk met een unieke vorm in zijn ruimtelijke profiel.
Er wordt gerapporteerd dat de methode met succes GHz-burstpulsen genereert met discrete variaties in golflengte en tijdsinterval. Het demonstreert de vorming van ruimtelijke profielen, inclusief positieverschuivingen en pieksplitsing. De toepassing van de methode op ultrasnelle spectrale beeldvorming demonstreert het vermogen ervan om de dynamiek van verschillende golflengtebanden tegelijkertijd vast te leggen.
De methode maakt ultrasnelle beeldvorming mogelijk op tijdschalen van sub-nanoseconden tot nanoseconden, waardoor de analyse van snelle, niet-repetitieve verschijnselen mogelijk wordt. De mogelijke toepassingen ervan omvatten het onthullen van onbekende ultrasnelle verschijnselen en het monitoren van snelle fysieke processen in industriële omgevingen. De mogelijkheid om GHz-pulsen individueel vorm te geven is ook veelbelovend bij precisielaserverwerking en lasertherapie.
De innovatieve aanpak van het team heeft met name geresulteerd in een compact ontwerp en verbeterde draagbaarheid, waardoor het geschikt is voor gebruik in wetenschappelijke onderzoeksfaciliteiten en een verscheidenheid aan industriële technologieën.
Keitaro Shimada, een Ph.D. kandidaat bij de afdeling Bioengineering van deUniversiteit van Tokio, zei: "Onze unieke optische structuur maakt de manipulatie van ultrakorte pulsen met een driedimensionaal optisch pad mogelijk, wat resulteert in een ongekende ruimtelijke manipulatie van GHz-bursts."
Hij voegde eraan toe: "Spectrum-shuttles bieden een breed scala aan GHz-burstpulsen met intervallen variërend van 10 picoseconden tot 10 nanoseconden. Ik geloof dat toepassingen op basis van onze technologie voor een verscheidenheid aan doelen, waaronder plasma, metalen en cellen, wetenschappelijke ontdekkingen zullen versnellen." en technologische innovatie in de industrie en de geneeskunde."
Deze innovatieve technologie opent de weg voor het bevorderen van ultrasnelle beeldvorming, met gevolgen voor wetenschappelijk onderzoek en industriële toepassingen. Het vermogen om tegelijkertijd uitbarstingen van GHz-pulsen te genereren en te vormen, introduceert een veelzijdig hulpmiddel voor het bestuderen van snelle verschijnselen en het verbeteren van op laser gebaseerde processen.
