– De nuvarande standardmätningarna för femtosekundlasrar, som vanligtvis används inom industri och medicin, ger bara en uppskattning av pulslängden. Vår metod ger en mer komplett mätning och kan bidra till att frigöra hela potentialen hos ultrasnabb laserteknologi, säger Daniel Díaz Rivas, doktorand i atomfysik.
Begreppet femtosekundpulser är svårt att förstå för de flesta av oss. Ändå används de i en mängd vardagliga tillämpningar, från ögonkirurgi till mikrobearbetning inom industrin. De extremt korta laserpulserna kan till och med undersöka de snabbaste processerna i naturen, såsom energitransport i fotosyntesen och elektroners dynamik.
Trots att de används allt mer har den exakta mätningen av pulsernas form och varaktighet förblivit en svår uppgift. Elektroniska instrument är för långsamma, vilket har fått forskare att använda optiska metoder.
Nuvarande metoder är begränsade
Dessa optiska tekniker kräver vanligtvis flera mätningar i en skanningssekvens. Detta gör dem olämpliga för att fånga enskilda pulser i realtid.
Så kallade en-skottsversioner har utvecklats för att karakterisera mycket korta pulser som ofta används inom grundforskning – men de har svårt med längre pulser som är vanligare inom industriella och medicinska tillämpningar. Begränsningarna är kopplade till komplexiteten i att tillräckligt sträcka pulserna inom en kompakt optisk uppställning.
En elegant lösning växer fram
Forskare vid Lunds universitet har nu utvecklat ett kompakt sätt att sträcka ut ultrasnabba laserpulser med hjälp av en enkel optisk princip. Genom att skicka en pulserad laserstråle genom ett diffraktionsgitter – en optisk komponent som används för att separera ljus i dess olika färger (våglängder) – och avbilda detta gitter med en kombination av linser går det att exakt kontrollera pulslängden över laserstrålen.
Denna metod gör det möjligt att förlänga femtosekundpulser mer än tio gånger, som är essentiell för mätningsmetoden att fungera, inom en kompakt optisk uppställning.
Detta möjliggör fullständig karakterisering i ett enda skott, utan behov av förkompenserande optiska element. Resultatet är en mångsidig teknik som fungerar för pulslängder från några få femtosekunder till hundratals, och täcker därmed vetenskapliga, industriella och medicinska tillämpningar. Det öppnar dörren för realtidsövervakning av enskilda pulser, något som tidigare varit utom räckhåll för många laserplattformar.
Framtidsutsikter
Utöver pulskarakterisering kan denna optiska princip användas för att forma ljuspulsernas rumsliga och tidsmässiga egenskaper och utforska olika sätt att studera ljus-materia-interaktioner.
– Eftersom ultrasnabba lasrar fortsätter att driva innovation inom vetenskap och teknik kommer verktyg som detta att vara nyckeln till att tänja på gränserna för precision och förståelse, säger Cord Arnold, forskare i atomfysik.
Forskningen är finansierad av European Innovation Council (Project SISHOT) och forskningen gjordes I samarbete med ett företag i Portugal (Sphere Ultrafast Photonics).