Filaments de Laser femtoseconde pour utilisation en imagerie de sous-sous-Diffraction-Limited et de la télédétection

Je suis heureux de vous présenter le professeur Sokolov et son équipe. Ils ont été les premiers à utiliser des lasers de grande puissance pour détecter l’anthrax en temps réel. C’est-à-dire en une nanoseconde, pas en quelques secondes.

Ils ont ensuite travaillé sur d’autres problèmes concernant la filamentation de la lumière, la focalisation de la lumière, et les façons dont nous pouvons utiliser ces techniques pour aller au-delà des limites quantiques standard. Nous décrivons un protocole expérimental pour employer des filaments laser femtoseconde afin d’atteindre la résolution limitée de sous-diffraction à des distances qui seraient insolubles classiquement. Les filaments laser peuvent maintenir une intensité élevée et un diamètre de sous-millimètre sur de longues distances de propagation.

Cela permet la détection, la numérisation, la spectroscopie d’imagerie avec une résolution améliorée. La filamentation laser peut être générée dans de nombreux médias, y compris l’atmosphère et l’eau. La technique peut être adaptée aux études d’optique océanique.

Il n’est pas facile de générer la filamentation laser. Une astuce utile est d’ajuster le gazouillis de l’impulsion pour atteindre l’intensité nécessaire. Donc, aujourd’hui, nous allons voir les expériences sur la filamentation, en concentrant la lumière en fibres minuscules, et c’est quelque chose qui, mis dans le contexte actuel, nous aide à visualiser ce que nous faisons avec les expériences, de la détection de l’anthrax à regarder l’optique océanique.

Installez l’appareil sur un banc optique et suivez les précautions de sécurité pour un laser de classe 4. Pour créer le filament, utilisez un laser saphir de titane femtoseconde pulsé et amplifié. Passez le faisceau laser à travers un iris qui pince légèrement les bords extérieurs.

Le gradient marqué dans le profil d’intensité spatiale causé par la coupure du laser est connu pour la formation de filaments de graines. Ensuite, passez le faisceau à travers une lentille convergente avec une longueur focale supérieure à 200 centimètres. Aidez les graines à se concentrer en inclinant légèrement la lentille par rapport à la direction de propagation.

Disposer pour avoir un vidage de faisceau approprié après la mise au point géométrique de la lentille. Pour observer un filament, actionner le laser avec une puissance de sortie instantanée suffisante pour se concentrer soi-même dans l’air. Recherchez la filamentation près de la mise au point géométrique de la lentille à l’aide de papier blanc.

Avec le papier dans le chemin de faisceau, recherchez un halo diffus de plusieurs millimètres entourant un noyau scintillement et lumineux d’environ 100 micromètres. Faites d’autres observations au-delà du filament. Là, des anneaux d’émission lumineux, multicolores et coniques sont le résultat d’un processus de modulation auto-progressive caractéristique dans l’air.

Plusieurs points lumineux indiquent qu’il y a plusieurs filaments. Pour éliminer les taches lumineuses, introduire l’atténuation dans le faisceau avant l’iris. Avec l’atténuation appropriée, les points lumineux dans le modèle d’émission conique sont éliminés.

Préparez-vous à effectuer un test de balayage à distance avec le laser. Fixez une étape de traduction motorisée à deux axes dans le chemin du faisceau de sorte qu’elle se traduise perpendiculairement au faisceau. Assurez-vous que le filament du faisceau laser est incident au centre de l’étape.

Ensuite, créez une cible pour numériser avec le système. Obtenir un récipient et placer deux millimètres de sable sur son fond. Placez des objets en cuivre, en aluminium et en acier inoxydable sur la couche de sable.

Ensuite, placez une autre couche de sable de deux millimètres sur les métaux. Avec le laser éteint, placez le conteneur au centre de l’étape de traduction où la filamentation se produit. Afin de recueillir des données, connectez la sortie du spectromètre à l’ordinateur.

Configurez la gâchette externe et le contrôle de l’ordinateur pour que le laser tire un seul coup. Ensuite, configurer l’appareil capteur. Dans ce cas, placez un spectromètre de sorte que ses points d’entrée au point d’impact de filamentation sur l’étape de traduction.

Utilisez la lentille pour coupler la lumière du point d’impact dans le spectromètre. Placez la lentille d’une à deux longueurs focales d’où la filamentation se produit. Déclenchez le laser par logiciel et enregistrez le signal à partir du spectromètre.

Cet arrangement de cuivre, d’aluminium et d’acier inoxydable est obscurci sous environ deux millimètres de sable. Les caractéristiques spectrales des métaux enfouis mesurées par la configuration permettent la création d’une image composite avec du cuivre en vert, de l’aluminium en rouge et de l’acier inoxydable en cyan. Un faisceau laser non filamenté à la limite de diffraction scanné sur un petit logo Texas A&M imprimé ne révèle pas de texte reconnaissable.

En revanche, un faisceau laser filamenté scanné sur le logo génère une image avec des éléments discernables. L’énergie et l’intensité des impulsions sont des paramètres très importants pour générer la filamentation laser. L’utilisation de filamentation laser dans la spectroscopie à distance peut augmenter le rapport signal-bruit dans la télédétection.

Cette technique a ouvert la voie à la résolution spectrale élevée dans la télédétection. Les lasers de classe 4 nécessaires à ce travail sont dangereux. Les expérimentateurs doivent porter de l’équipement de protection individuelle et suivre tous les protocoles de sécurité.