A geração e manipulação de pulsos de alta repetição são uma grande promessa em diversas aplicações, incluindo fotografia de alta velocidade, processamento a laser e geração de ondas acústicas. Pulsos burst de Gigahertz (GHz), com intervalos variando de ~0,01 a ~10 nanossegundos, são particularmente valorizados para visualizar fenômenos ultrarrápidos e melhorar a eficiência do processamento a laser.



Embora existam métodos para produzir pulsos burst de GHz, persistem desafios, como baixo rendimento de energia de pulso, baixa sintonia de intervalos de pulso e a complexidade dos sistemas existentes. Além disso, moldar o perfil espacial de cada pulso de rajada de GHz enfrenta limitações devido à resposta inadequada dos moduladores de luz espacial.

Para enfrentar esses desafios, uma equipe de pesquisa da Universidade de Tóquio e da Universidade de Saitama desenvolveu uma técnica óptica inovadora chamada "spectrum shuttle", que permite simultaneamente a produção de pulsos de explosão de GHz e a modelagem individual de seus perfis espaciais.

O método envolve a dispersão de um pulso ultracurto horizontalmente através de redes de difração, separando espacialmente o pulso em diferentes comprimentos de onda usando espelhos paralelos. Esses pulsos alinhados verticalmente sofrem modulação espacial individual usando um modulador de luz espacial. Os pulsos modulados resultantes, com atrasos de tempo variados na faixa de GHz, produzem pulsos de explosão de GHz separados espectralmente, cada um com formato único em seu perfil espacial.

Conforme relatado em Advanced Photonics Nexus , o método proposto produziu com sucesso pulsos burst de GHz com comprimentos de onda e intervalos temporais discretamente variados. Demonstrou a formação de perfis espaciais, incluindo mudanças de posição e divisão de picos.

A aplicação do método em imagens espectroscópicas ultrarrápidas mostrou sua capacidade de capturar simultaneamente dinâmicas em diferentes bandas de comprimento de onda.

O método facilita imagens ultrarrápidas em escalas de tempo de subnanossegundos a nanossegundos, permitindo a análise de fenômenos rápidos e não repetitivos. Suas aplicações potenciais incluem a descoberta de fenômenos ultrarrápidos desconhecidos e o monitoramento de processos físicos rápidos em ambientes industriais. A capacidade de moldar pulsos burst de GHz individualmente também é promissora no processamento de laser de precisão e na terapia a laser.

Notavelmente, o design compacto do método proposto aumenta a sua portabilidade, tornando-o aplicável em instalações de investigação científica e em vários sectores de tecnologia industrial.

“Nossa configuração óptica exclusiva permite a manipulação de pulsos ultracurtos com um caminho óptico tridimensional, permitindo uma manipulação espacial sem precedentes de pulsos burst de GHz”, diz Keitaro Shimada, Ph.D. candidato no Departamento de Bioengenharia da Universidade de Tóquio.

"O Spectrum Shuttle oferece uma ampla gama de pulsos burst de GHz com intervalos que variam de 10 picossegundos a 10 nanossegundos. Acredito que as aplicações baseadas em nossa técnica, voltadas para vários alvos, como plasmas, metais e células, irão acelerar as descobertas científicas e inovações tecnológicas na indústria e na medicina."

A técnica inovadora abre caminhos para o avanço da imagem ultrarrápida, com implicações tanto para a pesquisa científica quanto para aplicações industriais. Sua capacidade de produzir e moldar simultaneamente pulsos burst de GHz apresenta uma ferramenta versátil para estudar fenômenos rápidos e aprimorar processos baseados em laser.

Mais informações: Keitaro Shimada et al, Spectrum shuttle para produzir pulsos de explosão de GHz espacialmente moldáveis, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI:10.1117/1.APN.3.1.016002
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