フェムト秒レーザー精密測定を可能にする革新的ツール

Photonics & Imaging Technology INSIDER

フェムト秒レーザー測定用新ツールのラボセットアップ。（画像：Lund University）

100万分の1のさらに100万分の1秒より短い超短パルスレーザー——は、基礎科学、工学、医学を変革しました。にもかかわらず、その超短持続時間により、それらは捉えどころがなく測定が困難でした。約10年前、ルンド大学とポルト大学の研究者たちが、超高速レーザーのパルス持続時間測定ツールを導入しました。同じチームが今、個々のレーザーパルスをより広いパラメータ範囲で、よりコンパクトなセットアップで測定可能にするブレイクスルーを達成しました。

「フェムト秒レーザーの現在の標準測定は、通常業界と医学で使用され、パルス持続時間の推定値しか与えません。私たちのアプローチはより完全な測定を与え、超高速レーザーテクノロジーの全ポテンシャルを解き放つことに貢献できます」と、ルンド大学原子物理学博士課程学生Daniel Díaz Rivasは述べています。

フェムト秒パルスの概念は私たちの多くにとって把握し難いものです。しかし、眼科手術から産業用マイクロマシニングまで、幅広い日常応用で使用されています。極めて短いレーザーパルスは、光合成におけるエネルギー移動や電子ダイナミクスなど、自然界で最も速いプロセスさえ調査できます。

ますます広く使用されるようになっても、パルスの形状と持続時間の精密測定は困難なタスクのままです。電子機器は遅すぎるため、研究者たちは光学的手法に転じてきました。

現在の手法の限界

しかし、これらの光学技術は通常、スキャンシーケンスでの複数測定を必要とします。これにより、リアルタイムでの個々のパルス取得には不向きです。

シングルショット版は、基礎科学で一般的に使用される非常に短いパルスの特性評価のために登場しました——しかし、産業と医療用途でより一般的な長いパルスでは苦戦します。限界は、コンパクトな光学セットアップ内でパルスを十分に伸ばす複雑さに関連しています。

ルンド大学の研究者たちは今、単純な光学原理を使用して超高速レーザーパルスを伸ばすコンパクトでエレガントな方法を開発しました。パルスレーザービームを回折格子——光を空間的に色に分離するコンポーネント——を通し、レンズの組み合わせで格子をイメージングすることで、レーザービーム全体でパルス持続時間を精密に制御できます。

このアプローチにより、フェムト秒パルスをコンパクトな光学セットアップ内で10倍以上伸ばせます。

これにより、プリコンペンセーション光学素子なしでシングルショットでの完全特性評価が可能になります。この成果は、数フェムト秒から数百フェムト秒までのパルス持続時間範囲で機能する汎用技術であり、科学、産業、医療応用をカバーします。これまで多くのレーザープラットフォームでは手の届かなかった、個々のパルスのリアルタイム監視への扉を開きます。

今後の展望

パルス特性評価を超えて、この光学原理は光パルスの時空間特性を形成し、光-物質相互作用を研究するさまざまな方法を探求するのに適用できます。

「超高速レーザーが科学と技術の革新を駆動し続ける中、このようなツールが精度と理解の限界を押し広げる鍵となるでしょう」と、ルンド大学原子物理学上級講師Cord Arnoldは結んでいます。

この記事はルンド大学によって書かれました。詳細については、Daniel Diaz Rivas、このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示にはJavaScriptが必要です。までお問い合わせください。

出典