革新的なツールにより正確なフェムト秒レーザー測定が可能

フォトニクスとイメージング テクノロジー INSIDER

フェムト秒レーザーを測定できる新しいツールを準備するラボ。 （画像：ルンド大学）

超短レーザー パルス (100 万分の 1 秒未満) は、基礎科学、工学、医学に変革をもたらしました。それにもかかわらず、その持続期間が超短いため、とらえどころがなく、測定が困難になっています。約10年前、ルンド大学とポルト大学の研究者は、超高速レーザーのパルス幅を測定するツールを導入しました。同じチームは、よりコンパクトなセットアップでより広いパラメータ範囲にわたる個々のレーザー パルスの測定を可能にする画期的な進歩を達成しました。

「一般に産業や医療で使用されているフェムト秒レーザーの現在の標準測定では、パルス幅の推定値しか得られません。私たちのアプローチはより完全な測定を提供し、超高速レーザー技術の可能性をすべて解き放つことに貢献できます。」とルンド大学の原子物理学の博士課程学生、ダニエル・ディアス・リバス氏は述べています。

フェムト秒パルスの概念は、ほとんどの人にとって理解しにくいものです。しかし、眼科手術から産業における微細加工に至るまで、日常の幅広い用途に使用されています。非常に短いレーザー パルスは、光合成におけるエネルギー移動や電子力学など、自然界で最も速いプロセスを調査することもできます。

パルスがますます広く使用されるようになったとはいえ、パルスの形状と持続時間を正確に測定することは依然として困難な作業です。電子機器は遅すぎるため、研究者は光学的方法に目を向けました。

現在の方法は限られている

ただし、この種の光学技術では通常、スキャンシーケンスで複数の測定が必要です。このため、個々のパルスをリアルタイムでキャプチャするのには適していません。

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を評価するためのシングルショット バージョンが登場しましたが、産業および医療用途でより一般的に使用される長いパルスでは困難です。この制限は、コンパクトな光学セットアップ内でパルスを十分に引き伸ばす複雑さに関連しています。

ルンド大学の研究者らは、シンプルな光学原理を使用して超高速レーザーパルスを引き伸ばすための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 (光を色に空間的に分離するコンポーネント) に送り、レンズの組み合わせで回折格子をイメージングすることにより、レーザー ビーム全体のパルス持続時間を正確に制御できます。

このアプローチにより、コンパクトな光学セットアップ内でフェムト秒パルスを 10 倍以上長くすることができます。

これにより、事前補償光学素子を必要とせずに、シングルショットで完全な特性評価が可能になります。この研究の成果は、数フェムト秒から数百秒の範囲のパルス持続時間で機能する多用途の技術であり、科学、産業、医療用途をカバーします。これにより、これまで多くのレーザー プラットフォームでは実現できなかった、個々のパルスのリアルタイム モニタリングへの扉が開かれます。

今後の展望

パルスの特性評価を超えて、この光学原理を適用して光パルスの時空間特性を形成し、光と物質の相互作用を研究するためのさまざまな方法を探索することができます。

「超高速レーザーが科学技術の革新を推進し続ける中、このようなツールは精度と理解の限界を押し上げる鍵となるでしょう」とルンド大学の原子物理学の上級講師であるコード アーノルドは結論付けています。

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 氏にお問い合わせください。 この電子メール アドレスはスパムボットから保護されています。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。

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