Revolutionair hulpmiddel maakt nauwkeurige femtoseconde-lasermetingen mogelijk

Fotonica- en beeldtechnologie INSIDER

De laboratoriumopstelling voor een nieuw instrument dat femtosecondelasers kan meten. (Afbeelding:Universiteit van Lund)

Ultrakorte laserpulsen – die korter zijn dan een miljoenste van een miljoenste van een seconde – hebben de fundamentele wetenschap, techniek en geneeskunde getransformeerd. Desondanks heeft hun ultrakorte duur ze ongrijpbaar en moeilijk te meten gemaakt. Ongeveer tien jaar geleden introduceerden onderzoekers van de Universiteit van Lund en de Universiteit van Porto een hulpmiddel voor het meten van de pulsduur van ultrasnelle lasers. Hetzelfde team heeft nu een doorbraak bereikt die het mogelijk maakt om individuele laserpulsen over een groter parameterbereik te meten in een compactere opstelling.

"De huidige standaardmetingen voor femtoseconde-lasers, die doorgaans worden gebruikt in de industrie en de geneeskunde, geven slechts een schatting van de pulsduur. Onze aanpak geeft een completere meting en kan bijdragen aan het ontketenen van het hele potentieel van ultrasnelle lasertechnologie", zegt Daniel Díaz Rivas, doctoraalstudent Atoomfysica aan de Universiteit van Lund.

Het concept van femtosecondepulsen is voor de meesten van ons moeilijk te bevatten. Toch worden ze gebruikt voor een breed scala aan alledaagse toepassingen, van oogchirurgie tot microbewerking in de industrie. De extreem korte laserpulsen kunnen zelfs de snelste processen in de natuur onderzoeken, zoals energieoverdracht bij fotosynthese en elektronendynamica.

Zelfs nu ze steeds vaker worden gebruikt, blijft het nauwkeurig meten van de vorm en de duur van de pulsen een moeilijke taak. Elektronische instrumenten zijn te langzaam en daarom hebben onderzoekers zich tot optische methoden gewend.

De huidige methoden zijn beperkt

Dit soort optische technieken vereisen echter doorgaans meerdere metingen in een scanreeks. Dit maakt ze ongeschikt voor het in realtime vastleggen van individuele pulsen.

Er zijn single-shot-versies verschenen voor het karakteriseren van zeer korte pulsen die vaak worden gebruikt in de fundamentele wetenschap, maar worstelen met langere pulsen die vaker worden gebruikt in industriële en medische toepassingen. De beperkingen houden verband met de complexiteit van het voldoende uitrekken van de pulsen binnen een compacte optische opstelling.

Onderzoekers van de Universiteit van Lund hebben nu een compacte en elegante manier ontwikkeld om ultrasnelle laserpulsen uit te rekken met behulp van een eenvoudig optisch principe. Door een gepulseerde laserstraal door een diffractierooster te sturen (een component die licht ruimtelijk in zijn kleuren scheidt) en het rooster in beeld te brengen met een combinatie van lenzen, kunnen ze de pulsduur over de laserstraal nauwkeurig regelen.

Met deze aanpak kunnen femtosecondepulsen meer dan tienvoudig worden verlengd binnen een compacte optische opstelling.

Dit maakt volledige karakterisering in één opname mogelijk, zonder dat er optische pre-compensatie-elementen nodig zijn. Het resultaat van dit werk is een veelzijdige techniek die kan werken met pulsduur variërend van enkele femtoseconden tot honderden, en daarmee wetenschappelijke, industriële en medische toepassingen bestrijkt. Het opent de deur naar real-time monitoring van individuele pulsen, iets wat voorheen buiten bereik was voor veel laserplatforms.

Vooruitkijken

Naast de karakterisering van pulsaties kan dit optische principe worden toegepast om de spatiotemporele eigenschappen van lichtpulsen vorm te geven en verschillende manieren te verkennen om de interacties tussen licht en materie te bestuderen.

"Terwijl ultrasnelle lasers innovatie in wetenschap en technologie blijven stimuleren, zullen dergelijke hulpmiddelen van cruciaal belang zijn om de grenzen van precisie en begrip te verleggen", besluit Cord Arnold, hoofddocent atoomfysica aan de Universiteit van Lund.

Dit artikel is geschreven door de Universiteit van Lund. Neem voor meer informatie contact op met Daniel Diaz Rivas, Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..

Bron