Filamentos de láser de femtosegundo para su uso en proyección de imagen de Sub-Diffraction-Limited y teledetección

Me complace presentarles al profesor Sokolov y a su equipo. Fueron los primeros en usar láseres de alta potencia para detectar ántrax en tiempo real. Es decir, en un nanosegundo, no en varios segundos.

Luego han pasado a trabajar en otros problemas sobre la filamentación de la luz, el enfoque de la luz y las formas en que podemos utilizar estas técnicas para ir más allá de los límites cuánticos estándar. Describimos un protocolo experimental para utilizar filamentos láser de femtosegundo con el fin de lograr una resolución limitada de subdif diffraction a distancias que serían intratables clásicamente. Los filamentos láser pueden mantener una alta intensidad y un diámetro submilimétrico en largas distancias de propagación.

Esto permite la detección, escaneo, espectroscopia de imágenes con resolución mejorada. La filamentación láser se puede generar en muchos medios, incluyendo la atmósfera y el agua. La técnica se puede adaptar a los estudios ópticos oceánicos.

No es fácil generar la filamentación láser. Un truco útil es ajustar el chirrido del pulso para lograr la intensidad necesaria. Así que hoy vamos a ver los experimentos sobre la filamentación, el enfoque de la luz en fibras diminutas, y esto es algo que, puesto en el contexto actual, nos ayuda a visualizar lo que estamos haciendo con los experimentos, desde la detección de ántrax hasta el visto de la óptica oceánica.

Configure el aparato en un banco óptico y siga las precauciones de seguridad para un láser de clase 4. Para crear el filamento, utilice un láser de zafiro de titanio de femtosegundo amplificado y pulsado. Pase el rayo láser a través de un iris que sujeta ligeramente los bordes exteriores.

El gradiente agudo en el perfil de intensidad espacial causado por el recorte del láser es conocido por la formación de filamentos de semillas. A continuación, pase el haz a través de una lente convergentes con una distancia focal superior a 200 centímetros. Ayuda a la propagación de la semilla inclinando ligeramente la lente con respecto a la dirección de propagación.

Haga arreglos para tener un volcado de haz adecuado después del enfoque geométrico de la lente. Para observar un filamento, opere el láser con una potencia de salida instantánea suficiente para autoenfocarse en el aire. Busque la filamentación cerca del enfoque geométrico de la lente utilizando papel blanco.

Con el papel en la trayectoria de la viga, busque un halo difuso de varios milímetros que rodea un núcleo brillante y parpadeante de unos 100 micrómetros. Haga más observaciones más allá del filamento. Allí, los anillos de emisión cónicas brillantes y multicolores son el resultado de un proceso característico de modulación autofásica en el aire.

Múltiples puntos brillantes indican que hay múltiples filamentos. Para eliminar los puntos brillantes, introduzca la atenuación en la viga antes del iris. Con la atenuación adecuada, se eliminan los puntos brillantes en el patrón de emisión cónica.

Prepárese para realizar una prueba de escaneo remoto con el láser. Asegure una etapa de traslación motorizada de dos ejes en la trayectoria de la viga para que se traduzca perpendicularmente a la viga. Asegúrese de que el filamento de rayo láser se encuentra en el centro del escenario.

A continuación, cree un destino para escanear con el sistema. Obtener un contenedor y colocar dos milímetros de arena en su parte inferior. Coloque objetos de cobre, aluminio y acero inoxidable encima de la capa de arena.

Luego, pon otra capa de arena de dos milímetros encima de los metales. Con el láser apagado, coloque el recipiente en el centro de la etapa de traducción donde se produce la filamentación. Para recopilar datos, conecte la salida del espectrómetro al ordenador.

Configure el gatillo externo y el control de la computadora para que el láser dispare un solo disparo. A continuación, configure el aparato del sensor. En este caso, coloque un espectrómetro para que su entrada apunte al punto de impacto de filamentación en la etapa de traducción.

Utilice la lente para acoplar la luz desde el punto de impacto hasta el espectrómetro. Coloque la lente de una a dos distancias focales desde donde se produce la filamentación. Accionar el láser por software y grabar la señal desde el espectrómetro.

Esta disposición de cobre, aluminio y acero inoxidable está oscurecida bajo unos dos milímetros de arena. Las características espectrales de los metales enterrados medidas por la configuración permiten la creación de una imagen compuesta con cobre en verde, aluminio en rojo y acero inoxidable en cian. Un rayo láser no filamentado en el límite de difracción escaneado sobre un pequeño logotipo impreso de Texas A&M no revela texto reconocible.

Por el contrario, un rayo láser filamentoso escaneado sobre el logotipo genera una imagen con elementos discernibles. La energía y la intensidad del pulso son parámetros muy importantes para generar filamentación láser. El uso de la filamentación láser en la espectroscopia remota puede aumentar la relación señal-ruido en la teledetección.

Esta técnica allanó el camino para lograr la alta resolución espectral en teledetección. Los láseres de clase 4 necesarios para este trabajo son peligrosos. Los experimentadores deben usar equipo de protección personal y seguir todos los protocolos de seguridad.