Revolutionair Instrument Maakt Precieze Femtoseconde Lasermetingen Mogelijk

Photonics & Imaging Technology INSIDER

De lab-opstelling voor een nieuw instrument dat femtoseconde lasers kan meten. (Afbeelding: Lund University)

Ultrakorte laserpulsen – korter dan een miljoenste van een miljoenste seconde – hebben fundamentele wetenschap, engineering en geneeskunde getransformeerd. Ondanks dit, heeft hun ultrakorte duur ze ontwijkt en moeilijk te meten gemaakt. Ongeveer tien jaar geleden introduceerden onderzoekers van Lund Universiteit en Porto Universiteit een instrument voor het meten van pulsduur van ultrakorte lasers. Hetzelfde team heeft nu een doorbraak bereikt die de meting van individuele laserpulsen over een breder parameterbereik in een compactere opstelling mogelijk maakt.

"De huidige standaardmetingen voor femtoseconde lasers, typisch gebruikt in industrie en geneeskunde, geven slechts een schatting van de pulsduur. Onze benadering geeft een complete meting en kan bijdragen aan het ontgrendelen van het volledige potentieel van ultrakorte lasertechnologie," zei Daniel Díaz Rivas, doctoraal student in Atoomfysica aan Lund Universiteit.

Het concept van femtoseconde pulsen is voor de meeste van ons moeilijk te begrijpen. Toch worden ze gebruikt voor een wijd scala aan alledaagse toepassingen, van oogchirurgie tot micro-machining in de industrie. De extreem korte laserpulsen kunnen zelfs de snelste processen in de natuur onderzoeken, zoals energieoverdracht in fotosynthese en elektrondynamica.

Zelfs naarmate ze steeds breder gebruikt worden, blijft de nauwkeurige meting van de pulsen vorm en duur een lastige taak. Elektronische instrumenten zijn te traag, waarom onderzoekers zich hebben gewend tot optische methoden.

Huidige Methoden Zijn Beperkt

Echter, dit type optische technieken vereist typisch meerdere metingen in een scanneerreeks. Dit maakt ze ongeschikt voor het vastleggen van individuele pulsen in real-time.

Single-shot versies zijn ontstaan voor het karakteriseren van zeer korte pulsen die veelvoorkomend in fundamentele wetenschap worden gebruikt – maar worstelen met langere pulsen die vaker in industriële en medische toepassingen gebruikt worden. De beperkingen zijn gerelateerd aan de complexiteit van het voldoende uitrekken van de pulsen binnen een compacte optische opstelling.

Onderzoekers aan Lund Universiteit hebben nu een compacte en elegante manier ontwikkeld om ultrakorte laserpulsen uit te rekken met een eenvoudig optisch principe. Door een gepulste laserstraal door een diffractierooster te sturen – een component dat licht ruimtelijk scheidt in zijn kleuren – en het rooster te imageren met een combinatie van lenzen, kunnen ze de pulsduur over de laserstraal precies controleren.

Deze benadering maakt het mogelijk om femtoseconde pulsen meer dan tienvoudig uit te rekken binnen een compacte optische opstelling.

Dit maakt volledige karakterisatie in een enkele shot mogelijk, zonder de noodzaak voor pre-compensatie optische elementen. Het resultaat van dit werk is een veelzijdige techniek die kan werken voor pulsduraties variërend van een paar femtoseconden tot honderden, dus wetenschappelijke, industriële en medische toepassingen dekken. Het opent de deur tot real-time monitoring van individuele pulsen, iets dat voorheen onbereikbaar was voor veel laserplatforms.

Kijkend Naar De Toekomst

Naast puls-karakterisatie, kan dit optische principe toegepast worden om de spatio-temporele eigenschappen van lichtpulsen te vormgeven en verschillende manieren te verkennen om licht-materie interacties te bestuderen.

"Naarmate ultrakorte lasers innovatie in wetenschap en technologie blijven drijven, zullen tools als deze de sleutel zijn om de grenzen van precisie en begrip te verleggen," concludeert Cord Arnold, Senior Lecturer in Atoomfysica aan Lund Universiteit.

Dit artikel is geschreven door Lund Universiteit. Voor meer informatie, contacteer Daniel Diaz Rivas, Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. Je hebt JavaScript nodig om het te bekijken..

Bron