خبر کامل
ابداع روش نوین اپتیکی برای اندازه‌گیری آنی پالس‌های لیزری فوق‌سریع
پالس‌های لیزری فوق‌کوتاه که طول زمانی آن‌ها کمتر از یک میلیونیومِ یک میلیونیوم ثانیه است، نقش حیاتی در پیشرفت‌های چشمگیر علوم پایه، مهندسی و پزشکی ایفا می‌کنند. با این حال، همین کوتاهی شدید زمان، اندازه‌گیری دقیق شکل و مدت آن‌ها را به یکی از جدی‌ترین چالش‌های فناوری لیزر تبدیل کرده است. اکنون، یک گروه پژوهشی متشکل از محققان دانشگاه لوند سوئد و دانشگاه پورتو پرتغال، با معرفی یک سامانه اپتیکی جمع‌وجور، امکان مشخصه‌یابی کامل و آنی تک‌پالس‌های لیزری را در دامنه‌ای وسیع‌تر از پارامترها فراهم کرده‌اند که می‌تواند ظرفیت کامل لیزرهای فوق‌سریع را آزاد سازد.
اهمیت و کاربردهای پالس‌های فمتوثانیه‌ای
اگرچه درک مفهوم پالس‌های فمتوثانیه‌ای برای عموم دشوار به نظر می‌رسد، اما این پالس‌ها در کاربردهای روزمره و پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- جراحی چشم و فرآیندهای دقیق درمانی.
- ریزماشین‌کاری صنعتی با دقت بالا.
- بررسی سریع‌ترین فرآیندهای طبیعی مانند انتقال انرژی در فتوسنتز.
- مطالعه دینامیک الکترون‌ها.
چالش اندازه‌گیری دقیق و محدودیت‌های روش‌های پیشین
علی‌رغم گسترش کاربرد لیزرهای فمتوثانیه‌ای، اندازه‌گیری دقیق شکل و مدت پالس همچنان یک فرآیند پیچیده باقی مانده است. ابزارهای الکترونیکی موجود برای این کار بسیار کند هستند، به همین دلیل پژوهشگران به روش‌های اپتیکی روی آورده‌اند. با این حال، بسیاری از روش‌های اپتیکی نیازمند اندازه‌گیری‌های متعدد و اسکن‌شونده هستند و برای ثبت تک‌پالس‌ها به‌صورت آنی (Real-time) مناسب نیستند.
روش‌های «تک‌شات» (Single-shot) موجود نیز عمدتاً برای پالس‌های بسیار کوتاه در علوم پایه کارآمدند و در اندازه‌گیری پالس‌های طولانی‌تر که در کاربردهای صنعتی و پزشکی رایج‌اند، با محدودیت مواجه می‌شوند. این محدودیت‌ها ناشی از دشواری کش‌دادن کافی پالس‌ها در یک سامانه اپتیکی فشرده است.
راهکار جدید و ظریف اپتیکی
پژوهشگران دانشگاه لوند راهکاری ساده و در عین حال ظریف برای حل این چالش ارائه کرده‌اند که بر یک اصل اپتیکی ساده استوار است. این دستاورد علمی در نشریه معتبر Optica منتشر شده است.
در این روش، پرتو لیزری پالسی از یک توری پراش (Diffraction Grating) 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. نتیجه این فرآیند، کشیده شدن پالس‌های فمتوثانیه‌ای تا بیش از ده برابر در یک سامانه اپتیکی کوچک و فشرده است.
مزایای کلیدی تکنیک انعطاف‌پذیر جدید
این رویکرد نوین، مزایای قابل توجهی را به همراه دارد که آن را از روش‌های استاندارد متمایز می‌سازد:
دانیل دیاس ریواس، دانشجوی دکتری فیزیک اتمی در دانشگاه لوند می‌گوید: «اندازه‌گیری‌های استاندارد فعلی معمولاً تنها یک برآورد از مدت پالس ارائه می‌دهند، در حالی که روش ما تصویری کامل‌تر از پالس به دست می‌دهد.»
مهم‌ترین ویژگی‌های این تکنیک عبارتند از:
- مشخصه‌یابی کامل پالس تنها با یک اندازه‌گیری.
- عدم نیاز به عناصر اپتیکی جبرانی پیشین.
- انعطاف‌پذیری بالا در پوشش پالس‌هایی از چند فمتوثانیه تا چند صد فمتوثانیه.
- مناسب برای کاربردهای علمی، صنعتی و پزشکی.
- هموار کردن راه برای پایش آنی تک‌پالس‌های لیزری، امکانی که پیش از این برای بسیاری از سامانه‌ها در دسترس نبود.
فراتر از اندازه‌گیری: کاربردهای بالقوه
پژوهشگران تاکید می‌کنند که این اصل اپتیکی تنها به اندازه‌گیری پالس محدود نمی‌شود، بلکه پتانسیل استفاده در زمینه‌های گسترده‌تری را نیز دارد. این روش می‌تواند برای شکل‌دهی ویژگی‌های فضایی زمانی پالس‌های نوری و همچنین مطالعه تعامل نور و ماده به کار رود.
کورد آرنولد، استاد ارشد فیزیک اتمی دانشگاه لوند، در پایان می‌افزاید: «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.»
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
زمان انتشار:
۱۶:۳۰ - ۱۴۰۴/۰۹/۲۸