Gigahertz repetitieve pulsen met individuele kleuren en vormen ontsluiten nieuw potentieel in ultrasnelle beeldvorming en laserverwerking.
Het genereren en vormgeven van zeer repetitieve pulsen is veelbelovend voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder hogesnelheidsfotografie, 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 methoden bestaan voor het genereren van GHz-uitbarstingen van pulsen, blijven er uitdagingen bestaan, zoals een lage doorvoer 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 als gevolg van onvoldoende respons van ruimtelijke lichtmodulatoren.
Om deze uitdagingen aan te gaan, heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Tokio en de Saitama Universiteit een innovatieve optische technologie ontwikkeld, genaamd ‘spectrum shuttle’, die tegelijkertijd de ruimtelijke contouren van GHz-burstpulsen genereert en vormgeeft.
Japan creëert optische technologie die tegelijkertijd gigahertzpulsen genereert en vormgeeft.
(Bron afbeelding: Universiteit van Tokio)
De methode omvat 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 succesvol is bij het genereren van GHz-burstpulsen 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 zijn onder meer 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.
Het is opmerkelijk dat het bovengenoemde team innovatieve methoden heeft voorgesteld die leiden tot een compact ontwerp en de draagbaarheid ervan vergroten, waardoor het toepasbaar wordt voor wetenschappelijke onderzoeksfaciliteiten en verschillende industriële technologiesectoren.
Keitaro Shimada, een promovendus aan de afdeling Bioengineering van de Universiteit 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-burstpulsen."
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 zowel wetenschappelijk onderzoek als 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.
