日本打造出可同时产生和成形千兆赫脉冲的光学技术

2023-12-27 17:45

具有单独颜色和形状的千兆赫兹重复脉冲，在超快成像和激光处理中释放出新的潜力。

高重复脉冲的产生和整形，在各种应用中都有很大的前景，包括高速摄影、激光处理和声波产生。间隔为~0.01 ~ ~10纳秒的千兆赫（GHz）脉冲在超快现象的可视化和提高激光加工效率方面特别有价值。

虽然存在产生GHz突发脉冲的方法，但仍然存在挑战，例如脉冲能量的低吞吐量、脉冲间隔的可调性差以及现有系统的复杂性。此外，由于空间光调制器的响应不足，对每个GHz突发脉冲的空间轮廓的塑造受到限制。

为了应对这些挑战，来自东京大学和埼玉大学的一个研究小组开发了一种名为“频谱穿梭”（spectrum shuttle）的创新光学技术，该技术可以同时产生GHz突发脉冲并形成其空间轮廓。

日本打造出可同时产生和成形千兆赫脉冲的光学技术

（图源：University of Tokyo）

该方法包括通过衍射光栅水平分散超短脉冲，使用平行镜将脉冲在空间上分离成不同的波长。这些垂直排列的脉冲，能够使用空间光调制器进行单独的空间调制。由此产生的调制脉冲，在GHz范围内具有不同的时间延迟，产生频谱分离的GHz突发脉冲，每个脉冲在其空间剖面中具有独特的形状。

据报道，该方法成功地产生了波长和时间间隔离散变化的GHz突发脉冲。它展示了空间轮廓的形成，包括位置移位和峰分裂。该方法在超快光谱成像中的应用表明，它能够同时捕获不同波长波段的动态。

该方法促进了亚纳秒到纳秒时间尺度内的超快成像，使快速、非重复现象的分析成为可能。它的潜在应用包括揭示未知的超快现象和监测工业环境中的快速物理过程。在精密激光加工和激光治疗中，单独成形GHz脉冲的能力也很有希望。

值得注意的是，上述团队提出创新方法带来了紧凑设计并增强了其可移植性，使其适用于科学研究设施和各种工业技术部门。

东京大学生物工程系的博士候选人Keitaro Shimada表示：“我们独特的光学结构允许用三维光路操纵超短脉冲，从而实现对GHz突发脉冲的前所未有的空间操纵。”

他补充称：“频谱穿梭提供了宽范围的GHz突发脉冲，间隔从10皮秒到10纳秒不等。我相信，以我们的技术为基础，针对等离子体、金属和细胞等各种目标的应用，将加速工业和医学的科学发现和技术创新。”

这项创新技术为推进超快成像开辟了道路，对科学研究和工业应用都有意义。它同时产生和形成GHz突发脉冲的能力，为研究快速现象和增强基于激光的过程引入了一种多功能工具。

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