Khoảng 10 năm trước, các nhà nghiên cứu từ Đại học Lund và Đại học Porto đã giới thiệu một công cụ đo thời gian phát xung của tia laser cực nhanh. Nhóm nghiên cứu này hiện đã đạt được bước đột phá cho phép đo từng xung laser trên phạm vi tham số rộng hơn trong một thiết lập nhỏ gọn hơn.
Daniel Díaz Rivas, nghiên cứu sinh tiến sĩ Vật lý nguyên tử tại Đại học Lund, cho biết: “Các phép đo tiêu chuẩn hiện nay đối với laser femto giây, thường được sử dụng trong công nghiệp và y học, chỉ đưa ra ước tính về thời lượng xung. Phương pháp của chúng tôi mang lại một phép đo hoàn chỉnh hơn và có thể góp phần giải phóng toàn bộ tiềm năng của công nghệ laser cực nhanh”.
Khái niệm xung femto giây rất khó nắm bắt đối với hầu hết chúng ta. Tuy nhiên, chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng hàng ngày, từ phẫu thuật mắt đến gia công vi mô trong công nghiệp. Các xung laser cực ngắn thậm chí có thể nghiên cứu các quá trình nhanh nhất trong tự nhiên, chẳng hạn như sự truyền năng lượng trong quang hợp và động lực học điện tử.
Ngay cả khi chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi, việc đo chính xác hình dạng và thời lượng của xung vẫn là một nhiệm vụ khó khăn. Các thiết bị điện tử hoạt động quá chậm, đó là lý do tại sao các nhà nghiên cứu đã chuyển sang phương pháp quang học.
Phương pháp hiện tại còn hạn chế
Tuy nhiên, các loại kỹ thuật quang học này thường yêu cầu nhiều phép đo trong một chuỗi quét. Điều này khiến chúng không phù hợp để thu từng xung riêng lẻ trong thời gian thực.
Các phiên bản-bắn đơn đã xuất hiện để mô tả đặc điểm của các xung rất ngắn thường được sử dụng trong khoa học cơ bản-nhưng gặp khó khăn với các xung dài hơn thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và y tế. Những hạn chế liên quan đến độ phức tạp của việc kéo dãn đủ các xung trong một thiết lập quang học nhỏ gọn.
Một giải pháp tao nhã xuất hiện
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Lund hiện đã phát triển một phương pháp nhỏ gọn và tinh tế để kéo dài các xung laser cực nhanh bằng cách sử dụng một nguyên lý quang học đơn giản. Nghiên cứu được công bố trên tạp chíquang học.
Bằng cách gửi chùm tia laze xung qua cách tử nhiễu xạ-một thành phần phân tách ánh sáng thành các màu theo không gian-và chụp ảnh cách tử bằng sự kết hợp của các thấu kính, họ có thể kiểm soát chính xác thời lượng xung trên chùm tia laze.
Cách tiếp cận này cho phép các xung femto giây được kéo dài hơn gấp 10 lần trong một thiết lập quang học nhỏ gọn.
Điều này cho phép mô tả đầy đủ đặc tính trong một lần chụp mà không cần-các phần tử quang học bù trước. Kết quả của công việc này là một kỹ thuật linh hoạt có thể hoạt động với các khoảng thời gian xung từ vài femto giây đến hàng trăm, do đó bao gồm các ứng dụng khoa học, công nghiệp và y tế. Nó mở ra cơ hội theo dõi-thời gian thực của từng xung, một điều mà trước đây nhiều nền tảng laser không thể thực hiện được.
Nhìn về phía trước
Ngoài đặc tính xung, nguyên lý quang học này có thể được áp dụng để định hình các đặc tính không gian, thời gian của xung ánh sáng và khám phá những cách khác nhau để nghiên cứu các tương tác-của vật chất ánh sáng.
Cord Arnold, giảng viên cao cấp về Vật lý nguyên tử tại Đại học Lund kết luận: “Khi tia laser cực nhanh tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới trong khoa học và công nghệ, các công cụ như thế này sẽ là chìa khóa để vượt qua ranh giới của độ chính xác và sự hiểu biết”.
