La génération et la manipulation d'impulsions à haute répétition sont très prometteuses dans diverses applications, notamment la photographie à grande vitesse, le traitement laser et la génération d'ondes acoustiques. Les impulsions en rafale de gigahertz (GHz), avec des intervalles allant de ~0,01 à ~10 nanosecondes, sont particulièrement appréciées pour visualiser des phénomènes ultrarapides et améliorer l'efficacité du traitement laser.
Bien qu'il existe des méthodes de production d'impulsions en rafale GHz, des défis persistent, tels que le faible débit d'énergie d'impulsion, la mauvaise accordabilité des intervalles d'impulsion et la complexité des systèmes existants. De plus, la formation du profil spatial de chaque impulsion de rafale GHz se heurte à des limites dues à la réponse inadéquate des modulateurs spatiaux de lumière.
Pour relever ces défis, une équipe de recherche de l'Université de Tokyo et de l'Université de Saitama a développé une technique optique innovante appelée « navette spectrale », qui permet simultanément la production d'impulsions en rafale GHz et la mise en forme individuelle de leurs profils spatiaux.
La méthode consiste à disperser horizontalement une impulsion ultracourte à travers des réseaux de diffraction, en séparant spatialement l'impulsion en différentes longueurs d'onde à l'aide de miroirs parallèles. Ces impulsions alignées verticalement subissent une modulation spatiale individuelle à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Les impulsions modulées résultantes, avec des retards temporels variés dans la gamme GHz, produisent des impulsions en rafale GHz spectralement séparées, chacune ayant une forme unique dans son profil spatial.
Comme indiqué dans Advanced Photonics Nexus , la méthode proposée a produit avec succès des impulsions en rafale GHz avec des longueurs d'onde et des intervalles temporels discrètement variés. Il a démontré la mise en forme des profils spatiaux, y compris les changements de position et la division des pics.
L'application de la méthode à l'imagerie spectroscopique ultrarapide a démontré sa capacité à capturer simultanément la dynamique dans différentes bandes de longueurs d'onde.
La méthode facilite l’imagerie ultrarapide dans des délais inférieurs à la nanoseconde, permettant l’analyse de phénomènes rapides et non répétitifs. Ses applications potentielles incluent la découverte de phénomènes ultrarapides inconnus et la surveillance de processus physiques rapides en milieu industriel. La capacité de façonner individuellement des impulsions de rafale GHz est également prometteuse dans le traitement laser de précision et la thérapie laser.
Notamment, la conception compacte de la méthode proposée améliore sa portabilité, la rendant applicable dans les installations de recherche scientifique et dans divers secteurs de technologie industrielle.
"Notre configuration optique unique permet la manipulation d'impulsions ultracourtes avec un chemin optique tridimensionnel, permettant une manipulation spatiale sans précédent des impulsions en rafale GHz", explique Keitaro Shimada, titulaire d'un doctorat. candidat au Département de bio-ingénierie de l'Université de Tokyo.
"La navette spectrale offre une large gamme d'impulsions en rafale GHz avec des intervalles allant de 10 picosecondes à 10 nanosecondes. Je pense que les applications basées sur notre technique, destinées à diverses cibles telles que les plasmas, les métaux et les cellules, accéléreront les découvertes scientifiques et les innovations technologiques. dans l'industrie et la médecine."
Cette technique innovante ouvre la voie à l’avancement de l’imagerie ultrarapide, avec des implications à la fois pour la recherche scientifique et les applications industrielles. Sa capacité à produire et façonner simultanément des impulsions en rafale GHz introduit un outil polyvalent pour étudier les phénomènes rapides et améliorer les processus laser.
Plus d'informations : Keitaro Shimada et al, Navette spectrale pour produire des impulsions de rafale GHz spatialement façonnables, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI :10.1117/1.APN.3.1.016002
Fourni par SPIE
