For omkring 10 år siden introducerede forskere fra Lunds Universitet og Porto Universitet et værktøj til måling af pulsvarighed af ultrahurtige lasere. Det samme team har nu opnået et gennembrud, der muliggør måling af individuelle laserimpulser over et bredere parameterområde i et mere kompakt setup.
"De nuværende standardmålinger for femtosekundlasere, der typisk bruges i industri og medicin, giver blot et skøn over pulsvarigheden. Vores tilgang giver en mere komplet måling og kan bidrage til at frigøre hele potentialet ved ultrahurtig laserteknologi," siger Daniel Díaz Rivas, doktorand i Atomfysik ved Lunds Universitet.
Begrebet femtosekundpulser er svært at forstå for de fleste af os. Alligevel bruges de til en bred vifte af hverdagsapplikationer, fra øjenkirurgi til mikro-bearbejdning i industrien. De ekstremt korte laserimpulser kan endda undersøge de hurtigste processer i naturen, såsom energioverførsel i fotosyntese og elektrondynamik.
Selvom de er blevet mere og mere udbredt, er den præcise måling af pulsernes form og varighed stadig en vanskelig opgave. Elektroniske instrumenter er for langsomme, og derfor har forskere vendt sig mod optiske metoder.
De nuværende metoder er begrænsede
Disse typer optiske teknikker kræver dog typisk flere målinger i en scanningssekvens. Dette gør dem uegnede til at fange individuelle pulser i realtid.
Enkelt-udgaver er dukket op for at karakterisere meget korte pulser, der almindeligvis bruges i grundlæggende videnskab,-men kæmper med længere pulser, der er mere almindeligt anvendt i industrielle og medicinske applikationer. Begrænsningerne er relateret til kompleksiteten af tilstrækkeligt at strække pulserne i en kompakt optisk opsætning.
En elegant løsning opstår
Forskere ved Lunds Universitet har nu udviklet en kompakt og elegant måde at strække ultrahurtige laserimpulser ved hjælp af et simpelt optisk princip. Forskningen er publiceret i tidsskriftetOptica.
Ved at sende en pulseret laserstråle gennem et diffraktionsgitter-en komponent, der rumligt adskiller lys i dets farver-og afbilde gitteret med en kombination af linser, kan de præcist kontrollere pulsvarigheden over laserstrålen.
Denne tilgang tillader femtosekund-impulser at blive forlænget mere end ti gange inden for en kompakt optisk opsætning.
Dette muliggør fuld karakterisering i et enkelt skud uden behov for optiske præ-kompensationselementer. Resultatet af dette arbejde er en alsidig teknik, der kan fungere i pulsvarigheder, der spænder fra et par femtosekunder til hundredvis, og dermed dække videnskabelige, industrielle og medicinske anvendelser. Det åbner døren til realtidsovervågning af individuelle impulser,-, noget som tidligere var uden for rækkevidde for mange laserplatforme.
Ser fremad
Ud over pulskarakterisering kan dette optiske princip anvendes til at forme lysimpulsernes spatiotemporale egenskaber og udforske forskellige måder at studere lys-stofinteraktioner på.
"Da ultrahurtige lasere fortsætter med at drive innovation inden for videnskab og teknologi, vil værktøjer som dette være nøglen til at rykke grænserne for præcision og forståelse," slutter Cord Arnold, lektor i Atomfysik ved Lunds Universitet.
