日本開發(fā)了一種名為“頻譜穿梭”的創(chuàng)新光學(xué)技術(shù)

研究價(jià)值

具有單獨(dú)顏色和形狀的千兆赫茲重復(fù)脈沖，在超快成像和激光加工處理中釋放出了新的潛力。

來自日本東京大學(xué)和埼玉大學(xué)的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種名為“頻譜穿梭”（spectrum shuttle）的創(chuàng)新光學(xué)技術(shù)。該技術(shù)可以同時(shí)產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖，并形成其空間輪廓。

（圖源：University of Tokyo）

高重復(fù)脈沖的產(chǎn)生和整形，在各種應(yīng)用中都有很大的前景，包括高速攝影、激光處理和聲波產(chǎn)生。間隔為~0.01 ~ ~10納秒的千兆赫（GHz）脈沖在超快現(xiàn)象的可視化、提高激光加工效率方面特別有價(jià)值。

目前，業(yè)界雖然已有產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖的方法，但仍然存在挑戰(zhàn)——例如脈沖能量的輸出效率低、脈沖間隔的可調(diào)性差以及現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，由于空間光調(diào)制器的響應(yīng)不足，對(duì)每個(gè)GHz突發(fā)脈沖的空間輪廓的塑造受到限制。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，上述研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一個(gè)新方案。

該方法包括通過衍射光柵水平分散超短脈沖，使用平行鏡將脈沖在空間上分離成不同的波長。這些垂直排列的脈沖，能夠使用空間光調(diào)制器進(jìn)行單獨(dú)的空間調(diào)制。由此產(chǎn)生的調(diào)制脈沖，在GHz范圍內(nèi)具有不同的時(shí)間延遲，產(chǎn)生頻譜分離的GHz突發(fā)脈沖，每個(gè)脈沖在其空間剖面中具有獨(dú)特的形狀。

據(jù)報(bào)道，該方法成功地產(chǎn)生了波長和時(shí)間間隔離散變化的GHz突發(fā)脈沖。它展示了空間輪廓的形成，包括位置移位和峰分裂。該方法在超快光譜成像中的應(yīng)用表明，它能夠同時(shí)捕獲不同波長波段的動(dòng)態(tài)。

該方法促進(jìn)了亞納秒到納秒時(shí)間尺度內(nèi)的超快成像，使快速、非重復(fù)現(xiàn)象的分析成為可能。它的潛在應(yīng)用包括揭示未知的超快現(xiàn)象和監(jiān)測工業(yè)環(huán)境中的快速物理過程。在精密激光加工和激光治療中，單獨(dú)成形GHz脈沖的能力也頗有大展身手的機(jī)會(huì)。

值得注意的是，上述團(tuán)隊(duì)提出創(chuàng)新方法帶來了緊湊設(shè)計(jì)并增強(qiáng)了其可移植性，使其適用于科學(xué)研究設(shè)施和各種工業(yè)技術(shù)部門。

東京大學(xué)生物工程系的博士候選人Keitaro Shimada表示：“我們獨(dú)特的光學(xué)結(jié)構(gòu)允許用三維光路操縱超短脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GHz突發(fā)脈沖的前所未有的空間操縱?！?/p>

他補(bǔ)充稱：“頻譜穿梭提供了寬范圍的GHz突發(fā)脈沖，間隔從10皮秒到10納秒不等。我相信，以我們的技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)等離子體、金屬和細(xì)胞等各種目標(biāo)的應(yīng)用，將加速工業(yè)和醫(yī)學(xué)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新?！?/p>

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)為推進(jìn)超快成像開辟了道路，對(duì)科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用都有意義。它同時(shí)產(chǎn)生和形成GHz突發(fā)脈沖的能力，為研究快速現(xiàn)象和增強(qiáng)基于激光的過程引入了一種多功能工具。








審核編輯：劉清