Gigahertsin toistuvat pulssit yksittäisillä väreillä ja muodoilla avaavat uusia mahdollisuuksia ultranopeassa kuvantamisessa ja laserkäsittelyssä.
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.
Vaikka GHz:n pulssipurskeiden tuottamiseen on olemassa menetelmiä, haasteita on edelleen, kuten pulssienergian alhainen suorituskyky, 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 Tokion yliopiston ja Saitaman yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt innovatiivisen optisen teknologian nimeltä "spektrisukkula", joka tuottaa ja muotoilee samanaikaisesti GHz:n purskepulssien spatiaalisia ääriviivoja.
Japani kehittää optista tekniikkaa, joka tuottaa ja muotoilee samanaikaisesti gigahertsipulsseja.
(Kuvan lähde: Tokion yliopisto)
Menetelmään kuuluu ultralyhyiden pulssien horisontaalinen dispergointi diffraktiohilan läpi käyttämällä rinnakkaisia peilejä pulssien avaruudelliseen erottamiseen eri aallonpituuksille. 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 onnistuneen generoimaan GHz-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 lupaava myös tarkkuuslaserkäsittelyssä ja laserterapiassa.
On huomionarvoista, että yllä oleva ryhmä on ehdottanut innovatiivisia menetelmiä, jotka johtavat kompaktiin suunnitteluun ja parantavat sen siirrettävyyttä, mikä tekee siitä soveltuvan tieteellisiin tutkimuslaitoksiin ja erilaisiin teollisuusteknologian sektoreihin.
Keitaro Shimada, tohtorikandidaatti Tokion yliopiston biotekniikan laitokselta, sanoi: "Ainutlaatuinen optinen rakenteemme mahdollistaa ultralyhyiden pulssien manipuloinnin kolmiulotteisella optisella polulla, mikä johtaa GHz-purskepulssien ennennäkemättömään spatiaaliseen manipulointiin."
Hän lisäsi: "Spectrum shuttling tarjoaa laajan valikoiman GHz-purskepulsseja, joiden välit vaihtelevat 10 pikosekunnista 10 nanosekuntiin. Uskon, että teknologiaamme perustuvat sovellukset erilaisille kohteille, mukaan lukien plasma, metallit ja solut, nopeuttavat tieteellisiä löytöjä ja teknologinen innovaatio teollisuudessa ja lääketieteessä."
Tämä innovatiivinen tekniikka avaa tien ultranopean kuvantamisen edistämiselle, mikä vaikuttaa sekä tieteelliseen tutkimukseen että teollisiin sovelluksiin. Sen kyky generoida ja muodostaa samanaikaisesti GHz pulssien purskeita tarjoaa monipuolisen työkalun nopeiden ilmiöiden tutkimiseen ja laserpohjaisten prosessien tehostamiseen.
