WiederholtGigahertzPulse mit individuellen Farben und Formen eröffnen neue Potenziale in der ultraschnellen Bildgebung und Laserbearbeitung.
Ein Forscherteam der Universität Tokio und der Saitama-Universität in Japan hat eine innovative optische Technik namens „Spectrum Shuttle“ entwickelt. Die Technik kann gleichzeitig GHz-Pulsstöße erzeugen und deren räumliche Profile bilden.
Die Erzeugung und Formung sich stark wiederholender Impulse ist vielversprechend für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Hochgeschwindigkeitsfotografie, Laserbearbeitung und Erzeugung akustischer Wellen. Gigahertz-Pulse (GHz) mit Intervallen von ~0,01 ~ ~10 Nanosekunden sind besonders wertvoll für die Visualisierung ultraschneller Phänomene und die Verbesserung der Effizienz der Laserbearbeitung.
Obwohl in der Industrie derzeit Verfahren zur Erzeugung von GHz-Pulsstößen verfügbar sind, bleiben Herausforderungen bestehen, wie z. B. die ineffiziente Ausgabe von Pulsenergie, die schlechte Abstimmbarkeit von Pulsintervallen und die Komplexität bestehender Systeme. Darüber hinaus ist die Gestaltung des räumlichen Profils jedes GHz-Burstimpulses aufgrund der unzureichenden Reaktion räumlicher Lichtmodulatoren begrenzt.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat das oben erwähnte Forschungsteam ein neues Schema entwickelt.
Der Ansatz besteht darin, ultrakurze Impulse horizontal durch ein Beugungsgitter zu streuen und dabei parallele Spiegel zu verwenden, um die Impulse räumlich in verschiedene Wellenlängen aufzuteilen. Diese vertikal ausgerichteten Impulse können mithilfe eines räumlichen Lichtmodulators individuell räumlich moduliert werden. Die resultierenden modulierten Impulse mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen im GHz-Bereich erzeugen spektral getrennte GHz-Pulsstöße, von denen jeder eine einzigartige Form in seinem räumlichen Profil aufweist.
Es wird berichtet, dass die Methode erfolgreich GHz-Burstimpulse mit diskreten Variationen in Wellenlänge und Zeitintervall erzeugt. Es demonstriert die Bildung räumlicher Profile einschließlich Positionsverschiebungen und Peakaufspaltung. Die Anwendung der Methode auf die ultraschnelle Spektralbildgebung zeigt ihre Fähigkeit, die Dynamik verschiedener Wellenlängenbänder gleichzeitig zu erfassen.
Die Methode ermöglicht eine ultraschnelle Bildgebung im Sub-Nanosekunden- bis Nanosekunden-Zeitraum und ermöglicht so die Analyse schneller, sich nicht wiederholender Phänomene. Zu seinen potenziellen Anwendungen gehören die Aufdeckung unbekannter ultraschneller Phänomene und die Überwachung schneller physikalischer Prozesse in industriellen Umgebungen. Die Möglichkeit, GHz-Pulse individuell zu formen, ist auch in der Präzisionslaserbearbeitung und Lasertherapie vielversprechend.
Der innovative Ansatz des Teams hat insbesondere zu einem kompakten Design und einer verbesserten Tragbarkeit geführt, wodurch es für den Einsatz in wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen und einer Vielzahl industrieller Technologien geeignet ist
Keitaro Shimada, ein Ph.D. Kandidat in der Abteilung für Bioingenieurwesen an derUniversität Tokio, sagte: „Unsere einzigartige optische Struktur ermöglicht die Manipulation ultrakurzer Impulse mit einem dreidimensionalen optischen Pfad, was zu einer beispiellosen räumlichen Manipulation von GHz-Bursts führt.“
Er fügte hinzu: „Das Spektrum-Shuttle bietet ein breites Spektrum an GHz-Burstimpulsen mit Intervallen von 10 Pikosekunden bis 10 Nanosekunden. Ich glaube, dass Anwendungen, die auf unserer Technologie für eine Vielzahl von Zielen, darunter Plasma, Metalle und Zellen, basieren, die wissenschaftliche Entdeckung beschleunigen werden.“ und technologische Innovation in Industrie und Medizin.“
Diese innovative Technologie ebnet den Weg für die Weiterentwicklung der ultraschnellen Bildgebung mit Auswirkungen auf die wissenschaftliche Forschung und industrielle Anwendungen. Seine Fähigkeit, gleichzeitig Bursts von GHz-Pulsen zu erzeugen und zu formen, stellt ein vielseitiges Werkzeug zur Untersuchung schneller Phänomene und zur Verbesserung laserbasierter Prozesse dar.
