راهی تازه برای سنجش دقیقترین پالسهای لیزری کشف شد
پالسهای فوقکوتاه لیزری که طول زمانی آنها کمتر از یک میلیونیوم یک میلیونیوم ثانیه است نقش مهمی در پیشرفت علوم پایه، مهندسی و پزشکی ایفا کردهاند. با این حال همین کوتاهی شدید زمان، اندازهگیری دقیق آنها را به یکی از چالشهای جدی فناوری لیزر تبدیل کرده است.
به گزارش interesting engineering، حدود ۱۰ سال پیش پژوهشگرانی از دانشگاه لوند سوئد و دانشگاه پورتو پرتغال ابزاری برای اندازهگیری مدتزمان پالسهای لیزر فوقسریع معرفی کردند. اکنون همین گروه پژوهشی به دستاوردی تازه رسیدهاند که امکان اندازهگیری تکپالسهای لیزری را در بازهای وسیعتر از پارامترها و با یک سامانه اپتیکی جمعوجورتر فراهم میکند.
دانیل دیاس ریواس، دانشجوی دکتری فیزیک اتمی در دانشگاه لوند در اینباره میگوید: اندازهگیریهای استاندارد فعلی برای لیزرهای فمتوثانیهای که در صنعت و پزشکی کاربرد دارند، معمولا تنها یک برآورد از مدت پالس ارائه میدهند، در حالی که روش ما تصویری کاملتر از پالس به دست میدهد و میتواند به آزادسازی تمام ظرفیت فناوری لیزرهای فوقسریع کمک کند.
اگرچه درک مفهوم پالسهای فمتوثانیهای برای عموم دشوار است اما این پالسها در کاربردهای روزمرهای مانند جراحی چشم و ریزماشینکاری صنعتی استفاده میشوند. افزون بر این آنها امکان بررسی سریعترین فرایندهای طبیعی مانند انتقال انرژی در فتوسنتز و دینامیک الکترونها را نیز فراهم میکنند.
با وجود گسترش استفاده از این لیزرها، اندازهگیری دقیق شکل و مدت پالس همچنان کاری پیچیده است. ابزارهای الکترونیکی برای این منظور بیش از حد کند هستند و به همین دلیل پژوهشگران به روشهای اپتیکی روی آوردهاند. با این حال بسیاری از این روشها به اندازهگیریهای متعدد و اسکنشونده نیاز دارند و در نتیجه برای ثبت تکپالسها بهصورت آنی مناسب نیستند.
روشهای تکشات موجود عمدتا برای پالسهای بسیار کوتاه مورد استفاده در علوم پایه کارآمد هستند، اما در اندازهگیری پالسهای طولانیتر که در کاربردهای صنعتی و پزشکی رایجاند با محدودیت مواجه میشوند. این محدودیتها عمدتا به دشواری کشدادن کافی پالسها در یک سامانه اپتیکی فشرده بازمیگردد.
پژوهشگران دانشگاه لوند اکنون راهکاری ساده و در عین حال ظریف برای کشدادن پالسهای فوقسریع لیزری ارائه کردهاند که بر یک اصل اپتیکی ساده استوار است. این پژوهش در نشریه علمی Optica منتشر شده است.
در این روش پرتو لیزری پالسی از یک توری پراش عبور داده میشود؛ قطعهای که نور را به رنگهای مختلف تفکیک میکند. سپس با استفاده از ترکیبی از عدسیها، تصویر توری بازسازی شده و امکان کنترل دقیق مدت پالس در سراسر پرتو لیزر فراهم میشود. به این ترتیب پالسهای فمتوثانیهای میتوانند بیش از ده برابر کشیده شوند آن هم در یک سامانه اپتیکی کوچک و فشرده.
این رویکرد امکان مشخصهیابی کامل پالس را تنها با یک اندازهگیری فراهم میکند و نیازی به عناصر اپتیکی جبرانی پیشین ندارد. نتیجه ارائه یک تکنیک انعطافپذیر است که میتواند پالسهایی از چند فمتوثانیه تا چند صد فمتوثانیه را پوشش دهد و برای کاربردهای علمی، صنعتی و پزشکی مناسب باشد. این دستاورد راه را برای پایش آنی تکپالسهای لیزری هموار میکند؛ امکانی که پیش از این برای بسیاری از سامانههای لیزری در دسترس نبود.
به گفته پژوهشگران این اصل اپتیکی تنها به اندازهگیری پالس محدود نمیشود و میتواند برای شکلدهی ویژگیهای فضایی زمانی پالسهای نوری و مطالعه تعامل نور و ماده نیز به کار رود.
کورد آرنولد، استاد ارشد فیزیک اتمی دانشگاه لوند در پایان تاکید میکند: با ادامه نقشآفرینی لیزرهای فوقسریع در نوآوریهای علمی و فناوری ابزارهایی از این دست برای گسترش مرزهای دقت و درک ما از پدیدههای نوری حیاتی خواهند بود.
پالسهای فوقکوتاه لیزری که طول زمانی آنها کمتر از یک میلیونیوم یک میلیونیوم ثانیه است نقش مهمی در پیشرفت علوم پایه، مهندسی و پزشکی ایفا کردهاند. با این حال همین کوتاهی شدید زمان، اندازهگیری دقیق آنها را به یکی از چالشهای جدی فناوری لیزر تبدیل کرده است.
حدود ۱۰ سال پیش پژوهشگرانی از دانشگاه لوند سوئد و دانشگاه پورتو پرتغال ابزاری برای اندازهگیری مدتزمان پالسهای لیزر فوقسریع معرفی کردند. اکنون همین گروه پژوهشی به دستاوردی تازه رسیدهاند که امکان اندازهگیری تکپالسهای لیزری را در بازهای وسیعتر از پارامترها و با یک سامانه اپتیکی جمعوجورتر فراهم میکند.
دانیل دیاس ریواس، دانشجوی دکتری فیزیک اتمی در دانشگاه لوند در اینباره میگوید: اندازهگیریهای استاندارد فعلی برای لیزرهای فمتوثانیهای که در صنعت و پزشکی کاربرد دارند، معمولا تنها یک برآورد از مدت پالس ارائه میدهند در حالی که روش ما تصویری کاملتر از پالس به دست میدهد و میتواند به آزادسازی تمام ظرفیت فناوری لیزرهای فوقسریع کمک کند.
اگرچه درک مفهوم پالسهای فمتوثانیهای برای عموم دشوار است، اما این پالسها در کاربردهای روزمرهای مانند جراحی چشم و ریزماشینکاری صنعتی استفاده میشوند. افزون بر این آنها امکان بررسی سریعترین فرایندهای طبیعی مانند انتقال انرژی در فتوسنتز و دینامیک الکترونها را نیز فراهم میکنند.
با وجود گسترش استفاده از این لیزرها، اندازهگیری دقیق شکل و مدت پالس همچنان کاری پیچیده است. ابزارهای الکترونیکی برای این منظور بیش از حد کند هستند و به همین دلیل پژوهشگران به روشهای اپتیکی روی آوردهاند. با این حال بسیاری از این روشها به اندازهگیریهای متعدد و اسکنشونده نیاز دارند و در نتیجه برای ثبت تکپالسها بهصورت آنی مناسب نیستند.
روشهای تکشات موجود عمدتا برای پالسهای بسیار کوتاه مورد استفاده در علوم پایه کارآمد هستند، اما در اندازهگیری پالسهای طولانیتر که در کاربردهای صنعتی و پزشکی رایجاند با محدودیت مواجه میشوند. این محدودیتها عمدتا به دشواری کشدادن کافی پالسها در یک سامانه اپتیکی فشرده بازمیگردد.
پژوهشگران دانشگاه لوند اکنون راهکاری ساده و در عین حال ظریف برای کشدادن پالسهای فوقسریع لیزری ارائه کردهاند که بر یک اصل اپتیکی ساده استوار است. این پژوهش در نشریه علمی Optica منتشر شده است.
در این روش پرتو لیزری پالسی از یک توری پراش عبور داده میشود؛ قطعهای که نور را به رنگهای مختلف تفکیک میکند. سپس با استفاده از ترکیبی از عدسیها، تصویر توری بازسازی شده و امکان کنترل دقیق مدت پالس در سراسر پرتو لیزر فراهم میشود. به این ترتیب پالسهای فمتوثانیهای میتوانند بیش از ده برابر کشیده شوند آن هم در یک سامانه اپتیکی کوچک و فشرده.
این رویکرد امکان مشخصهیابی کامل پالس را تنها با یک اندازهگیری فراهم میکند و نیازی به عناصر اپتیکی جبرانی پیشین ندارد. نتیجه ارائه یک تکنیک انعطافپذیر است که میتواند پالسهایی از چند فمتوثانیه تا چند صد فمتوثانیه را پوشش دهد و برای کاربردهای علمی، صنعتی و پزشکی مناسب باشد. این دستاورد راه را برای پایش آنی تکپالسهای لیزری هموار میکند؛ امکانی که پیش از این برای بسیاری از سامانههای لیزری در دسترس نبود.
به گفته پژوهشگران، این اصل اپتیکی تنها به اندازهگیری پالس محدود نمیشود و میتواند برای شکلدهی ویژگیهای فضایی زمانی پالسهای نوری و مطالعه تعامل نور و ماده نیز به کار رود.
کورد آرنولد، استاد ارشد فیزیک اتمی دانشگاه لوند در پایان تاکید میکند: با ادامه نقشآفرینی لیزرهای فوقسریع در نوآوریهای علمی و فناوری، ابزارهایی از این دست برای گسترش مرزهای دقت و درک ما از پدیدههای نوری حیاتی خواهند بود.
انتهای پیام/
