Πριν από περίπου 10 χρόνια, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Lund και το Πανεπιστήμιο του Πόρτο παρουσίασαν ένα εργαλείο για τη μέτρηση της διάρκειας παλμού των υπερταχέων λέιζερ. Η ίδια ομάδα έχει επιτύχει τώρα μια σημαντική ανακάλυψη που επιτρέπει τη μέτρηση μεμονωμένων παλμών λέιζερ σε ένα ευρύτερο εύρος παραμέτρων σε μια πιο συμπαγή ρύθμιση.
"Οι τρέχουσες τυπικές μετρήσεις για λέιζερ femtosecond, που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία και την ιατρική, δίνουν απλώς μια εκτίμηση της διάρκειας του παλμού. Η προσέγγισή μας παρέχει μια πιο ολοκληρωμένη μέτρηση και μπορεί να συμβάλει στην απελευθέρωση του συνόλου των δυνατοτήτων της τεχνολογίας υπερταχέων λέιζερ", λέει ο Daniel Díaz Rivas, διδάκτορας Ατομικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Lund.
Η έννοια των παλμών femtosecond είναι δύσκολο να κατανοηθεί για τους περισσότερους από εμάς. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται για ένα ευρύ φάσμα καθημερινών εφαρμογών, από τη χειρουργική των ματιών έως τη μικρο-μηχανική στη βιομηχανία. Οι εξαιρετικά σύντομοι παλμοί λέιζερ μπορούν ακόμη και να διερευνήσουν τις ταχύτερες διεργασίες στη φύση, όπως η μεταφορά ενέργειας στη φωτοσύνθεση και η δυναμική των ηλεκτρονίων.
Παρόλο που χρησιμοποιούνται όλο και πιο ευρέως, η ακριβής μέτρηση του σχήματος και της διάρκειας των παλμών παραμένει δύσκολη υπόθεση. Τα ηλεκτρονικά όργανα είναι πολύ αργά, γι' αυτό οι ερευνητές έχουν στραφεί σε οπτικές μεθόδους.
Οι τρέχουσες μέθοδοι είναι περιορισμένες
Ωστόσο, αυτοί οι τύποι οπτικών τεχνικών τυπικά απαιτούν πολλαπλές μετρήσεις σε μια ακολουθία σάρωσης. Αυτό τα καθιστά ακατάλληλα για τη σύλληψη μεμονωμένων παλμών σε πραγματικό χρόνο.
Έχουν προκύψει εκδόσεις μεμονωμένων-πυροβολισμών για τον χαρακτηρισμό πολύ σύντομων παλμών που χρησιμοποιούνται συνήθως στη θεμελιώδη επιστήμη-αλλά αγωνίζονται με μεγαλύτερους παλμούς που χρησιμοποιούνται συχνότερα σε βιομηχανικές και ιατρικές εφαρμογές. Οι περιορισμοί σχετίζονται με την πολυπλοκότητα της επαρκούς έκτασης των παλμών σε μια συμπαγή οπτική διάταξη.
Μια κομψή λύση προκύπτει
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Λουντ έχουν τώρα αναπτύξει έναν συμπαγή και κομψό τρόπο για να τεντώνουν τους υπερταχείς παλμούς λέιζερ χρησιμοποιώντας μια απλή οπτική αρχή. Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικόOptica.
Στέλνοντας μια παλμική δέσμη λέιζερ μέσω ενός πλέγματος περίθλασης-ένα στοιχείο που διαχωρίζει χωρικά το φως στα χρώματά του-και απεικονίζοντας το πλέγμα με έναν συνδυασμό φακών, μπορούν να ελέγξουν με ακρίβεια τη διάρκεια του παλμού σε όλη τη δέσμη λέιζερ.
Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στους παλμούς femtosecond να επιμηκύνονται περισσότερο από δέκα φορές σε μια συμπαγή οπτική διάταξη.
Αυτό επιτρέπει τον πλήρη χαρακτηρισμό σε μία λήψη, χωρίς την ανάγκη για οπτικά στοιχεία προ-αντιστάθμισης. Το αποτέλεσμα αυτής της εργασίας είναι μια ευέλικτη τεχνική που μπορεί να λειτουργήσει για διάρκεια παλμών που κυμαίνονται από μερικά femtoseconds έως εκατοντάδες, καλύπτοντας έτσι επιστημονικές, βιομηχανικές και ιατρικές εφαρμογές. Ανοίγει την πόρτα στην-παρακολούθηση μεμονωμένων παλμών σε πραγματικό χρόνο, κάτι που προηγουμένως ήταν απρόσιτο για πολλές πλατφόρμες λέιζερ.
Κοιτάζοντας μπροστά
Πέρα από τον χαρακτηρισμό των παλμών, αυτή η οπτική αρχή μπορεί να εφαρμοστεί για να διαμορφώσει τις χωροχρονικές ιδιότητες των παλμών φωτός και να εξερευνήσει διαφορετικούς τρόπους μελέτης των αλληλεπιδράσεων του φωτός-της ύλης.
«Καθώς τα εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ συνεχίζουν να οδηγούν την καινοτομία στην επιστήμη και την τεχνολογία, εργαλεία όπως αυτό θα είναι το κλειδί για την υπέρβαση των ορίων της ακρίβειας και της κατανόησης», καταλήγει ο Cord Arnold, ανώτερος λέκτορας Ατομικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Lund.
