研究價值

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

來自日本東京大學和埼玉大學的一個研究小組開發(fā)了一種名為“頻譜穿梭”（spectrum shuttle）的創(chuàng)新光學技術。該技術可以同時產生GHz突發(fā)脈沖，并形成其空間輪廓。

（圖源：University of Tokyo）

高重復脈沖的產生和整形，在各種應用中都有很大的前景，包括高速攝影、激光處理和聲波產生。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值。

目前，業(yè)界雖然已有產生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、脈沖間隔的可調性差以及現(xiàn)有系統(tǒng)的復雜性。此外，由于空間光調制器的響應不足，對每個GHz突發(fā)脈沖的空間輪廓的塑造受到限制。

為了應對這些挑戰(zhàn)，上述研究團隊開發(fā)出了一個新方案。

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，能夠使用空間光調制器進行單獨的空間調制。由此產生的調制脈沖，在GHz范圍內具有不同的時間延遲，產生頻譜分離的GHz突發(fā)脈沖，每個脈沖在其空間剖面中具有獨特的形狀。

據(jù)報道，該方法成功地產生了波長和時間間隔離散變化的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用表明，它能夠同時捕獲不同波長波段的動態(tài)。

該方法促進了亞納秒到納秒時間尺度內的超快成像，使快速、非重復現(xiàn)象的分析成為可能。它的潛在應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，單獨成形GHz脈沖的能力也頗有大展身手的機會。

值得注意的是，上述團隊提出創(chuàng)新方法帶來了緊湊設計并增強了其可移植性，使其適用于科學研究設施和各種工業(yè)技術部門。

東京大學生物工程系的博士候選人Keitaro Shimada表示：“我們獨特的光學結構允許用三維光路操縱超短脈沖，從而實現(xiàn)對GHz突發(fā)脈沖的前所未有的空間操縱。”

他補充稱：“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，以我們的技術為基礎，針對等離子體、金屬和細胞等各種目標的應用，將加速工業(yè)和醫(yī)學的科學發(fā)現(xiàn)和技術創(chuàng)新。”

這項創(chuàng)新技術為推進超快成像開辟了道路，對科學研究和工業(yè)應用都有意義。它同時產生和形成GHz突發(fā)脈沖的能力，為研究快速現(xiàn)象和增強基于激光的過程引入了一種多功能工具。








審核編輯：劉清