La generación y manipulación de pulsos de alta repetición es muy prometedora en diversas aplicaciones, incluida la fotografía de alta velocidad, el procesamiento láser y la generación de ondas acústicas. Los pulsos de ráfaga de gigahercios (GHz), con intervalos que varían de ~0,01 a ~10 nanosegundos, son especialmente valorados para visualizar fenómenos ultrarrápidos y mejorar la eficiencia del procesamiento láser.
Si bien existen métodos para producir pulsos en ráfaga de GHz, persisten desafíos, como el bajo rendimiento de la energía del pulso, la mala sintonizabilidad de los intervalos de pulso y la complejidad de los sistemas existentes. Además, la configuración del perfil espacial de cada pulso de ráfaga de GHz enfrenta limitaciones debido a la respuesta inadecuada de los moduladores de luz espaciales.
Para abordar estos desafíos, un equipo de investigación de la Universidad de Tokio y la Universidad de Saitama ha desarrollado una técnica óptica innovadora denominada "lanzadera de espectro", que permite simultáneamente la producción de pulsos en ráfaga de GHz y la configuración individual de sus perfiles espaciales.
El método consiste en dispersar un pulso ultracorto horizontalmente a través de rejillas de difracción, separando espacialmente el pulso en diferentes longitudes de onda mediante espejos paralelos. Estos pulsos alineados verticalmente se someten a una modulación espacial individual utilizando un modulador de luz espacial. Los pulsos modulados resultantes, con retardos de tiempo variados en el rango de GHz, producen pulsos en ráfagas de GHz separados espectralmente, cada uno con una forma única en su perfil espacial.
Como se informa en Advanced Photonics Nexus , el método propuesto produjo con éxito pulsos en ráfagas de GHz con longitudes de onda e intervalos temporales discretamente variados. Demostró la configuración de perfiles espaciales, incluidos cambios de posición y división de picos.
La aplicación del método en imágenes espectroscópicas ultrarrápidas demostró su capacidad para capturar simultáneamente dinámicas en diferentes bandas de longitud de onda.
El método facilita la obtención de imágenes ultrarrápidas en escalas de tiempo de subnanosegundos a nanosegundos, lo que permite el análisis de fenómenos rápidos y no repetitivos. Sus posibles aplicaciones incluyen descubrir fenómenos ultrarrápidos desconocidos y monitorear procesos físicos rápidos en entornos industriales. La capacidad de dar forma a pulsos de ráfaga de GHz individualmente también es prometedora en el procesamiento láser de precisión y la terapia con láser.
En particular, el diseño compacto del método propuesto mejora su portabilidad, haciéndolo aplicable en instalaciones de investigación científica y diversos sectores de tecnología industrial.
"Nuestra configuración óptica única permite la manipulación de pulsos ultracortos con una trayectoria óptica tridimensional, lo que permite una manipulación espacial sin precedentes de pulsos en ráfaga de GHz", dice Keitaro Shimada, Ph.D. candidato en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Tokio.
"Spectrum Shuttle ofrece una amplia gama de pulsos en ráfagas de GHz con intervalos que van desde 10 picosegundos a 10 nanosegundos. Creo que las aplicaciones basadas en nuestra técnica, dirigidas a diversos objetivos como plasmas, metales y células, acelerarán los descubrimientos científicos y las innovaciones tecnológicas. en la industria y la medicina."
Esta técnica innovadora abre vías para avanzar en la obtención de imágenes ultrarrápidas, con implicaciones tanto para la investigación científica como para las aplicaciones industriales. Su capacidad para producir y dar forma simultáneamente a pulsos en ráfaga de GHz presenta una herramienta versátil para estudiar fenómenos rápidos y mejorar los procesos basados en láser.
Más información: Keitaro Shimada et al, Lanzadera de espectro para producir pulsos de ráfaga de GHz configurables espacialmente, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016002
Proporcionado por SPIE
