- De nuvarande standardmätningarna för femtosekundlasrar, som vanligtvis används inom industri och medicin, ger bara en uppskattning av pulsens varaktighet. Vår metod ger en mer fullständig mätning och kan bidra till att frigöra hela potentialen hos ultrasnabb laserteknik”, säger Daniel Díaz Rivas, doktorand i atomfysik vid Lunds universitet.
Begreppet femtosekundpulser är svårt att förstå för de flesta av oss. Ändå används de i en rad olika vardagliga tillämpningar, från ögonkirurgi till mikrobearbetning inom industrin. De extremt korta laserpulserna kan till och med användas för att undersöka de snabbaste processerna i naturen, såsom energiöverföring i fotosyntesen och elektronernas dynamik.
Även om de används i allt större utsträckning är det fortfarande svårt att mäta pulserna form och varaktighet med precision. Elektroniska instrument är för långsamma, vilket är anledningen till att forskarna har vänt sig till optiska metoder.
Nuvarande metoder är begränsade
Dessa typer av optiska tekniker kräver dock vanligtvis flera mätningar i en skanningssekvens. Detta gör dem olämpliga för att fånga enskilda pulser i realtid.
Enkelskottsversioner har utvecklats för att karakterisera mycket korta pulser som vanligtvis används inom grundforskning, men de har svårt att hantera längre pulser som är vanligare inom industriella och medicinska tillämpningar. Begränsningarna beror på komplexiteten i att tillräckligt sträcka ut pulserna inom en kompakt optisk uppställning.
En elegant lösning dyker upp
Forskare vid Lunds universitet har nu utvecklat en kompakt och elegant metod för att sträcka ut ultrasnabba laserpulser med hjälp av en enkel optisk princip. Genom att skicka en pulserande laserstråle genom ett diffraktionsgitter – en komponent som separerar ljuset i dess olika färger – och avbilda gitteret med en kombination av linser, kan de precisionsstyra pulsens varaktighet över laserstrålen.
Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att förlänga femtosekundspulser mer än tio gånger inom en kompakt optisk uppställning.
Detta möjliggör fullständig karakterisering i ett enda skott, utan behov av förkompenserande optiska element. Resultatet av detta arbete är en mångsidig teknik som kan fungera för pulsvaraktigheter från några få femtosekunder till hundratals, vilket täcker vetenskapliga, industriella och medicinska tillämpningar. Det öppnar dörren för realtidsövervakning av enskilda pulser, något som tidigare varit utom räckhåll för många laserplattformar.
Blickar framåt
Utöver pulskarakterisering kan denna optiska princip tillämpas för att forma ljuspulserna rumsliga och tidsmässiga egenskaper och utforska olika sätt att studera växelverkan mellan ljus och materia.
- Eftersom ultrasnabba lasrar fortsätter att driva på innovation inom vetenskap och teknik kommer verktyg som detta att vara avgörande för att flytta gränserna för precision och förståelse, avslutar Cord Arnold, universitetslektor i atomfysik vid Lunds universitet.
Fakta om d-scan-metoden
Eftersom ultrakorta laserpulser inte kan mätas med elektroniska instrument har indirekta metoder utvecklats. Dispersionsskanningen (d-scan) bygger på att man manipulerar pulsens optiska egenskaper på ett känt sätt samtidigt som man registrerar spektrumet för interaktionen med ett medium. Detta resulterar i en tvådimensionell datastruktur, precis som en bild, som innehåller tillräcklig information för att matematiskt återge pulsen. Det väsentliga steget för manipuleringen är en kontrollerad komprimering och sträckning av pulsen i tidsdomänen.
Publikation:
"Spatially dependent group delay dispersion from a diffraction grating and its application to the single-shot d-scan technique" på OPtica´s engelskspråkiga webbplats.
Daniel Diaz Rivas profil i Lunds universitets forskningsportal.