Name: サブ Diffraction 限定画像、リモートセンシング用フェムト秒レーザーのフィラメント (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-25T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 16 s
Description: 学ぶフェムト秒レーザーフィラメントを用いた回折限界を超えるリモートイメージング手法。高強度パルスが長距離伝播を維持し、砂に埋もれた金属対象の高分解能スキャンと分光解析を可能にする革新的技術です。

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研究はサポートで、オフィスの海軍研究 (ONR) (賞 N00014-16-1-2578 と N00014-16-1-3054)、ロバート ・ A ・ ウェルチ基金助成号A-1547 号A-1261)、科学研究賞号の空軍オフィスFA9550-18-1-0141)、科学技術 (KACST) 親睦と王 Abdulaziz 市から助成金をスマートします。

1. フェムト秒レーザー フィラメントの創造
<ol><li>フェムト秒フィラメントは、クラス 4 レーザーの出力を必要とする摩耗の適切な眼の保護、特定の評価を受けていますレーザー システムを使用して、適切なビーム ダンプを明確かつ適切に定義されたビーム ラインを確立します。すべての標準的なレーザーの安全手順に従ってください。</li>
	<li>開始で瞬時出力電力は空気の中心に自己の重要な電力以上パルス増幅され、フェムト秒レーザーの出力と約 3.2 をチタンサファイアレーザーの GW を 800 nm の波長のレーザーします。製造元のプロトコルを使用して商業フェムト秒レーザー増幅システムで増幅されたパルスを生成します。実際には、パルスの約 1 mJ のエネルギーを約 35 fs パルスで十分です。2-4 mJ のパルス エネルギーと好結果が得られました。</li>
	<li>若干外側のエッジをクリップするアイリスを通してレーザー ビームを渡します。それがフィラメント形成のシャープなグラデーションとレーザーの空間分布の不均一性によって種が知られているので、フィラメントの形成を促進するために観察されます。</li>
	<li>約 200 cm 以上の焦点距離を持つ、幾何学的な中心がないので偉大なその自己中心は光分解または回折に圧倒されて収束レンズを通して梁を渡します。種の自己中心のプロセスを支援する追加の異方性が知られているので少し、伝播の方向に関してレンズを傾けます。</li>
	<li>レンズの幾何学的な焦点の近くでフィラメントを観察します。明るい (約 100 μ m のサイズの) 核を囲んでびまん性 (数 mm-サイズ) ハローに細線を診断します。ハローは、白い紙の上に見ることができる、明るいコア通常ちらつきます。<ol>
<li>さらに、自己位相変調プロセス フィラメントの向こうに見える、明るい、マルチカラーの円錐形発光リングを生成する空気の特性を観察します。数回細線のしきい値であるエネルギーを持つレーザー、複数のフィラメントが観察されます。これらは円錐形の発光パターンで複数の明るいスポットとして表示され、アイリスの前に減衰によって除去することができます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. リモート ・ ターゲット サーフェスのスキャン
<ol><li>テーブルの上にレーザー光の伝播に横方向のサンプルを動かすことができる 2 軸モーターを備えられた翻訳段階を置きます。レーザービームは、ステージの中央に、インシデントを確認します。ボルト ネジとテーブルの上のステージ。研究室のために、一般的に梁下でターゲットをスキャンしながら空間に固定されたレーザ光を保つために簡単です。</li>
	<li>(5 × 25.4 x 25.4 mm) に容器に砂を入れます。砂の厚さは、2 mm 程度です。<ol>
<li>砂 (図 3 a) の上に金属 (銅、ステンレス、アルミ) を置きます。砂 (図 3 b) の別の 2 mm の層と金属をカバーします。</li>
		<li>レーザをオフと翻訳の段階の中心に入れます。手順 1.1 1.5 の細線を観察する場所の場所にコンテナーの中心であることを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ときに電子的にシングル ショットを発射するレーザーのコンピューター制御のセットアップを指揮しました。コントロールを実行するには、LabVIEW または類似のコンピューター言語を記述します。自動単発パルス、外部トリガーが必要です。<ol>
<li>トリガー TTL パルスを BNC ケーブルとレーザー制御モジュールの背面に外部トリガー ポートに接続します。レーザー制御モジュールの外部トリガー オプションを有効にします。TTL パルスは今シングル ショットを発射するレーザーをトリガーします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>適切なセンサー装置を設定します。着弾点を指している分光器の入り口を設定します。<ol>
<li>分光計に粘い着弾点から光をカップルにレンズを使用します。焦点距離のレンズと細線間の距離であることを確認します。</li>
		<li>分光計を USB ケーブルを使用してコンピューターに接続します。スペクトル監視のソフトウェアを使用します。ソフトウェアとスペクトルを開き、[実行] ボタンをクリックします。</li>
		<li>実験で記録されている範囲をズームインするのには、マウスを使用します。画面上の信号を見た後分光位置を最適化します。</li>
		<li>イメージング測定、分光計を光電子増倍管や CCD カメラで置き換えます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>次の手順で、ループを実行する LabVIEW または類似のコンピューター言語でプログラムを書く: 火; レーザーから単発収集し、その結果のデータを保存次の座標点に平行移動ステージを移動します。</li>
</ol>

<ol><li>Kocharocsky, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gain-swept+superrandiance+applied+to+the+stand-off+detection+of+trace+impurities+in+the+atmosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Gain-swept superrandiance applied to the stand-off detection of trace impurities in the atmosphere.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (22), 7806-7811 (2005).</li>
<li>Hemmer\, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standoff+spectroscopy+via+remote+generation+of+a+backward-propagation+laser+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Standoff spectroscopy via remote generation of a backward-propagation laser beam.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (8), 3130-3134 (2011).</li>
<li>Zuber, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Mars+Observer+laser+altimeter+investigation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">The Mars Observer laser altimeter investigation.</a> Journal of Geophysical Research. 97, 7781(1992).</li>
<li>Mejean, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+detection+and+identification+of+biological+aerosols+using+a+femtosecond+terawatt+lidar+system%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+B%3A+Lasers+and+Optics%22%5BJournal%5D)">Remote detection and identification of biological aerosols using a femtosecond terawatt lidar system.</a> Applied Physics B: Lasers and Optics. 78 (5), 535-537 (2004).</li>
<li>Boyd, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBoyd%2C+RW+%22Nonlinear+Optics%22">Nonlinear Optics</a>. , Academic Press. (2008).</li>
<li>Gattass, R. R., Mazur, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+laser+micromachining+in+transparent+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Femtosecond laser micromachining in transparent materials.</a> Nature Photonics. 2, 219-225 (2008).</li>
<li>Tognoni, E., Palleschi, V., Corsi, M., Christoforetti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+micro-analysis+by+laser-induced+breakdown+spectroscopy%3A+a+review+of+the+experimental+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochimica+Acta+Part+B%3A+Atomic+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">Quantitative micro-analysis by laser-induced breakdown spectroscopy: a review of the experimental approaches.</a> Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 57 (7), 1115-1130 (2002).</li>
<li>Beadie, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+FAST+CARS+anthrax+detector%3A+coherence+preparation+using+simultaneous+femtosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Communications%22%5BJournal%5D)">Toward a FAST CARS anthrax detector: coherence preparation using simultaneous femtosecond laser pulses.</a> Optics Communications. 244, 423-430 (2005).</li>
<li>Scully, M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FAST+CARS%3A+Engineering+of+a+laser+spectroscopic+technique+for+rapid+identification+of+bacterial+spores%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">FAST CARS: Engineering of a laser spectroscopic technique for rapid identification of bacterial spores.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (17), 10994-11001 (2002).</li>
<li>Pestov, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimizing+the+laser-pulse+configuration+for+coherent+Raman+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Optimizing the laser-pulse configuration for coherent Raman spectroscopy.</a> Science. 316 (5822), 265-268 (2007).</li>
<li>Braun, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-channeling+of+high-peak-power+femtosecond+laser+pulses+in+air%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air.</a> Optics Letters. 20 (1), 73-75 (1995).</li>
<li>Couairon, A., Mysyrowicz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+filamentation+in+transparent+media%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Reports%22%5BJournal%5D)">Femtosecond filamentation in transparent media.</a> Physics Reports. 441, 47-189 (2007).</li>
<li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+sub-diffraction+imaging+with+femtosecond+laser+filaments%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Remote sub-diffraction imaging with femtosecond laser filaments.</a> Optics Letters. 37 (8), 1343-1345 (2012).</li>
<li>Strycker, B. D., Wang, K., Springer, M. D., Sokolov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical-specific+imaging+of+shallowly+buried+objects+using+femtosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Chemical-specific imaging of shallowly buried objects using femtosecond laser pulses.</a> Applied Optics. 52 (20), 4792-4796 (2013).</li>
<li>Heck, G., Sloss, J., Levis, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+control+of+the+spatial+position+of+white+light+filaments+in+an+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Communications%22%5BJournal%5D)">Adaptive control of the spatial position of white light filaments in an aqueous solution.</a> Optics Communications. 259 (1), 216-222 (2006).</li>
<li>Li, H. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+power+and+clamping+intensity+inside+a+filament+in+a+flame%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Critical power and clamping intensity inside a filament in a flame.</a> Optics Express. 24 (4), 3424(2016).</li>
</ol>

利害の対立が宣言されていません。

上記に示したメソッドは、古典的な難治性の距離で配信高強度レーザー光を使用するため研究室プロトコルです。このような光-車、FIBS の多数の可能なアプリケーションのテラヘルツ電磁波放射、photoacoustics、超放射等。-多くのアプリケーションは、表面の材料特性についてはポイントを提供できます。サブ classical 回折限界のスポット サイズとフェムト秒レーザーのフィラメントは、ポイントごとに表面をスキャンしている間これらのテクニックの使用をことができます。このプロトコルは、このような技術の開発のための理想的なテスト ベッドです。
プロトコルの最も重要な側面は、レーザ細線を生成することです。安定したレーザ細線を生成する重要なレーザー強度は数 1013 W/cm2と固定強度は 1.4x1014 W/cm2を実験16単位します。強度が高いまたは低い場合、レーザ細線はありません。強度が高すぎる場合、メディアが焦点位置で強くイオン化し、レーザー誘起ブレーク ダウンが発生します。レーザ細線ではなく明るい火花は観察されます。その場合、力を減衰または長い焦点距離のレンズを使用します。逆に、力が低 (ないプラズマの生成が観察される)、力を高めるか短い焦点距離のレンズを使用します。また、いずれにしても、レーザ細線を形成するのに役立つにチャープを調整する価値があります。
このスキャン技術は実験室の使用のために適して一般的に、リモートからフィールドの配置ではなく概念実証フィールドで一般に感知できません捜査対象の細かい翻訳ステージ制御。これらのシナリオで同じ研究室開発のレーザー技術を使用ことができます、しかし、レーザー自体をより伝統的なビームステア リング レーザー装置自体の向きを変更するなどの方法をスキャンする必要があります。
プロトコルを比較的簡単に拡張して複数のフィラメント、フィラメント束、ポンプ ・ プローブ実験、こう着状態の分光、導波管、または他の多くの可能性と実験を伴う可能性があります。それぞれのケースで実験的ハードルの 1 つは交差する焦点スポットでのアライメントですが、このプロトコルでこの必要が一度だけ行われます。光学要素は固定されています、サンプル自体が移動するために必要な唯一のオブジェクトです。これは、翻訳の段階で非常に正確に行うことができます。さらに、レーザーから数百メートルでフィラメント形成を含むフィラメント形成距離の場所にさらに制御を達成するためにこのプロトコルの変更は出力レーザー パルスの注意深い制御が原理的に可能です。マルチ フィラメント現象も空き領域の光を助けることができる伝搬中に導波路が形成されます。
物理学、化学、工学などの分野にまたがる広範なテーマは、リモートセンシング環境科学等。補足資料スタンドオフ分光と粘いに加えて超放射などを含む追加のリモート検出方式を提案する.

空間コヒーレンスとレーザー ビームは雰囲気1,の2測距3、化学的に敏感な測定を含むリモートセンシング、多数のアプリケーションにつながっているに対応する小さな発散角度リモート分光4。強度 1 平方センチメートル当たりのワット数十億の連続を提供するレーザー光のタイトな焦点焦点を当てたし、1013ワットあたりのパルスの強度は、いくつかの期間にわたってセンチメートルを正方形同じコヒーレンス特性を非常に許可します。フェムトです。このような極端な強度は問題5、精密光学加工6、レーザー誘起ブレーク ダウンによる材料特性の非線形光学特性を調べることを含む多数のアプリケーションのために便利ラマン分光法8,9,10、およびトレース化学的検出11分光法7を刺激しました。
ただし、ガウスビームの物理的な制限は、同時に極端な強度と小さな発散角のこれらのプロパティを適用する能力に制限を設定します。レーザ光を微小スポットに焦点を当ててより大きい角度との乖離の必ずしも。古典的なビーム発散角は、λ は、波長と w0がビーム ウエストの半径によって、与えられます。レーザー ビームの直径と集光レンズの焦点距離fによって発散角が設定されているので、タイト フォーカスは不可能何メートルの距離で、 fが大きくなるとdと比較して。
増幅されたフェムト秒パルスに気づいた範囲の強度に関するこの制限事項は高強度フェムト秒パルスの違反したの分野で労働者焼いてから遠い距離でターゲットに表示される回折限界より小さく、元レーザー12。これが自己中心にカー効果に起因する見つかりました。レーザー場の強さに比例して空気の屈折が変更され、レーザーにガウス強度プロファイルは、結果として得られる屈折強度プロファイルになります機能的レンズ5。梁には、それを伝達するスモール サイズは、古典的な回折、カーは自己集束、プラズマ生成13によるボケの動的バランスによって維持されて未満 100 μ m の半径の狭いと強烈なフィラメントの結果として自己焦点を当てます。
フェムト秒レーザー フィラメントを 1013 W/cm2程度強度が市販フェムト秒チャープ パルス増幅器で何メートルの距離でターゲットに配信されます。したがって、以前タイトな撮影条件と高開口数のレンズに非常に近いターゲットを必要とする多くの実験は、リモートセンシング アプリケーションのより典型的な距離で今行うことが。しかし、このしきい値よりもはるかに高い強度は簡単に粘い、ビームはそれぞれ個々 のフィラメントが自己中心に13の重要な力の近くは複数のフィラメントに分割する傾向があります。
多数のアプリケーションに対応可能です。画像とターゲット表面を走査フェムト秒レーザー フィラメントを使用してリモートのターゲットの分光に主に適用されるプロトコルを提案します。実験装置は図 1に示します。

<table><tbody><tr><td>フェムト秒レーザーシステム</td><td>Coherent Co</td><td>Legend Elite System</td><td>1 kHz システム、fs システム パルスエネルギー 4 mJ</td></tr><tr><td>IRIS</td><td>Thorlabs</td><td>id25</td><td>Mounted Standard Iris, &Oslash;25.0 mm 最大口径、TR3 ポスト</td></tr><tr><td>レンズ</td><td>Thorlabs</td><td>LA1908-C</td><td>L=50 cm、平凸レンズ (AR コーティング: 1050 - 1700 nm)</td></tr><tr><td>ミラー</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td>平面金属ミラー</td></tr><tr><td>光検出器</td><td>浜松</td><td>H12694</td><td>熱電冷却 NIR-PMT ユニット</td></tr><tr><td>分光計</td><td>オーシャンオプティクス</td><td>OCEAN_HDX_VIS_NIR</td><td>分光計、高ダイナミックレンジ、350-950</td></tr><tr><td>トランスレーションステージ</td><td>Thorlabs</td><td>PT3-Z8</td><td>25 mm (0.98") 3 軸電動トランスレーションステージ、1/4"-20 タップ</td></tr></tbody></table>

サブ diffraction 限定画像、リモートセンシング用フェムト秒レーザーのフィラメント

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

レーザー誘起ブレーク ダウン分光法とバーコード スキャナーなど、さまざまな状況で使用されるユビキタス技術は、レーザー光でリモート問題を調査します。古典光学におけるリモート ターゲットに負担をもたらすことができます強度はターゲットの距離でレーザーのスポット サイズによって制限されます。このスポットのサイズが下限の古典的な光学回折限界によって決まります。ただし、増幅されたフェムト秒レーザー パルスは、周囲の空気の屈折を変更し、自己集束を受けるに十分な強度を生成します。この自己収束効果は、古典的なレイリー長さを越えての距離で小さなサブ ミリ径、強度を維持する高い高強度レーザー フィラメントの生成に します。このような強度は、スキャン、画像、リモートセンシングと強化された空間分解能で分光の機能を提供します。フェムト秒再生チャープ パルス増幅器のフィラメントを生成するため、結果フィラメントを使用して少なくとも数メートルの距離をリモートでイメージングと分光学的測定を実施するための手法について述べる。

スキャンした画像の解像度は、〜 100 μ m によってだけ光学的に制限されます。したがって、翻訳段階の動きはこの一桁の最大解像度より小さいはずです。ただし、このレベルの解像度はすべての測定のために必要ではありません。このプロトコルは、イメージング14と15の分光学的測定の両方のために使用されています。図 1は、実験のセットアップを示しています。パルスは、アンプ システムで生成されます。パルスは 1 kHz、50 fs で、800 を中心とした nm。図 2は、フィラメント形成のビームに実行されたスキャンと比較して回折限界でレーザーで撮影した小さなテキサス A &amp; M ロゴ ターゲットのスキャンを比較します。この実験は、液体の水の中のフィラメントを使用して実行されたが結果のリモート センシング13の空気の尺度があります。図 3ショー空間分解異なる組成の金属オブジェクトのフィラメント誘起ブレイク ダウン分光法によるスキャン埋葬砂の層の下約 2 ミリ。形や金属製の物体の組成が明らかです。一般に、粘い数ターゲットの効果のためのメカニズムを提供します。後のパルスによるアブレーション材料のより深い部分や表面層の機械的な除去に関する情報を提供しながら、最初のパルスは表面層に情報を提供できます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig1.jpg"> 図 1。実験のセットアップ。レーザーは 1 kHz、50 fs で、800 を中心とした nm。それはレーザーのフィラメントを形成する強度 (10 ~13 W/cm2) に到達するレンズで焦点を当ててください。オブジェクトは砂の下、翻訳舞台上します。散乱光が分光計で収集されます。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig2.jpg"> 図 2。サブ diffraction 限定イメージングします。数メートルの距離でのテキサス A &amp; M のロゴマークを印刷済経由でレーザ光をスキャンによって生成されたリモート ・ イメージ。a) 非 filamented ビームを用いた撮像ロゴ。b) filamented ビームを用いた撮像ロゴ。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig3.jpg"> 図 3。化学の地図。スペクトルと空間的解決の砂の下に埋もれて金属のオブジェクトのイメージ。a) 砂の上のオブジェクト。b) 2.3 ± 0.3 mm の砂の下にあるオブジェクト。c) 画像は色分けされ金属のスペクトルの特徴、材料の組成を持つ。(Cu)、アルミニウム (Al)、銅と埋設物の合成画像と赤、緑、シアンに対応するステンレス鋼 (SS) カラー コンポーネント、それぞれ<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

高強度フェムト秒レーザー光は、長距離にわたって強烈なサブ ミリ波径ビームを伝播するカー自己集束、プラズマのデフォーカスのサイクルを受けることができます。生成およびこれらのフィラメントを使用してリモート イメージングおよび線形光学の古典的な回折限界を超えて検出を実行するための手法について述べる。

サブ Diffraction 限定画像、リモートセンシング用フェムト秒レーザーのフィラメント

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

ソコロフ教授と彼のチームを紹介できることを嬉しく思います。彼らは、リアルタイムで炭疽菌を検出するためにハイパワーレーザーを使用した最初の人でした。つまり、数秒ではなく、ナノ秒で言うことです。その後、光のフィラメンテーション、光の焦点、そしてこれらの技術を使用して標準的な量子限界を超える方法に関する他の問題に取り組んでいます。古典的に難しい距離で限定された解像度を達成するためにフェムト秒レーザーフィラメントを使用する実験的プロトコルを記述する。レーザーフィラメントは、長い伝搬距離にわたって高輝度およびサブミリメートル径を維持できます。これにより、高い解像度で検出、スキャン、イメージング分光法が可能になります。レーザーフィラメンテーションは、大気や水を含む多くの媒体で生成することができます。この技術は海洋光学研究に適応することができる。レーザーフィラメンテーションを生成するのは容易ではありません。1つの便利なトリックは、必要な強度を達成するためにパルスのチャープを調整することです。だから今日、私たちはフィラメンテーションに関する実験を見て、小さな繊維に光を集中させ、これは現在の文脈で、炭疽菌の検出から海洋光学を見ることまで、実験で何をしているのかを視覚化するのに役立ちます。光学ベンチに装置を設置し、クラス4レーザーの安全上の注意に従ってください。フィラメントを作成するには、パルスで増幅されたフェムト秒のチタンサファイアレーザーを使用します。レーザー光線を虹彩を通して、外側の端をわずかに切り取ります。レーザーのクリッピングによって引き起こされる空間強度プロファイルの鋭い勾配は、フィラメント形成をシードすることが知られている。次に、200センチメートルを超える焦点距離を持つ収束レンズを通してビームを通過します。伝播方向に対してレンズをわずかに傾けることでシード自力を助ける。レンズの幾何学的焦点の後に適切なビームダンプを持って配置します。フィラメントを観察するには、空気中の自己集中に十分な瞬間出力電力でレーザーを操作します。ホワイトペーパーを使用してレンズの幾何学的焦点付近のフィラメンテーションを探します。ビームパスの紙で、約100マイクロメートルのちらつき、明るいコアを囲む数ミリメートルの拡散ハローを探します。フィラメントを超えてさらに観察を行います。そこでは、明るく多色の円錐状の放出リングは、空気中の特徴的な自己フェーズ変調プロセスの結果である。複数の明るいスポットは、複数のフィラメントがあることを示します。明るいスポットを除去するには、虹彩の前にビームの減衰を導入します。適切な減衰により、円錐状の放出パターンの明るいスポットが除去されます。レーザーでリモートスキャンのテストを行う準備をします。ビームパスに 2 軸の電動変換ステージを固定して、ビームに対して垂直に変換します。レーザービームフィラメントがステージの中心に入っていることを確認します。次に、システムでスキャンするターゲットを作成します。容器を手に入れ、底に2ミリメートルの砂を置きます。砂の層の上に銅、アルミニウム、ステンレス鋼のオブジェクトを置きます。その後、金属の上に砂の別の2ミリメートルの層を置きます。レーザーをオフにして、フィラメンテーションが発生した翻訳段階の中央に容器を置きます。データを収集するには、分光計の出力をコンピュータに接続します。レーザーが単一のショットを発射するための外部トリガとコンピュータ制御を設定します。次に、センサ装置を設置する。この場合、分光計を配置して、その入り口が変換段階のフィラメンテーション衝撃点に向くようにします。レンズを使用して、衝撃点からの光を分光計に結合します。フィラメンテーションが発生した場所から1~2つの焦点距離のレンズを配置します。ソフトウェアでレーザーをトリガーし、分光器からの信号を記録します。銅、アルミニウム、ステンレス鋼のこの配置は、砂の約2ミリメートルの下に隠されています。設定によって測定される埋め込まれた金属のスペクトル特徴は、緑色の銅、赤のアルミニウム、シアンのステンレス鋼を含む合成画像を作成することを可能にする。テキサス A&M の小さな印刷されたロゴをスキャンした回折限界で非フィラメントレーザービームは認識可能なテキストを明らかにしません。対照的に、ロゴ上でスキャンされたフィラメントレーザービームは、識別可能な要素を持つ画像を生成します。パルスエネルギーと強度は、レーザーフィラメンテーションを生成するための非常に重要なパラメータです。リモート分光法でのレーザーフィラメンテーションの使用は、リモートセンシングにおける信号対雑音比を増加させる可能性があります。この技術は、リモートセンシングにおける高いスペクトル分解能を達成する道を開いた。この作業に必要なクラス4レーザーは危険です。実験者は、個人的な保護具を着用し、すべての安全プロトコルに従う必要があります。

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フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

心臓では、分子事象は器官の電気的および収縮機能を調整します。ここで紹介する地元の視野蛍光顕微鏡技術のセットは、無傷の心の中の細胞の変数の記録を可能にします。心機能を定義するメカニズムを識別することは心が病的な状況下でどのように機能するかを理解する上で重要です。...

ローカルフィールド蛍光顕微鏡：無傷の心の中に携帯電話の信号のイメージング

X 線の強い、フェムト秒パルスによるバックミンスターフラーレン (C60) のナノ結晶における電子傷害をプローブする実験について述べる.実験は、驚いたことに、確率論的であることではなく、x 線照射...

バックミンスターフラーレンのナノ結晶のフェムト秒回折実験中長距離電子相関の測定

このプロトコルでは、実行して気相分子の超高速の光化学反応を研究するために自由電子レーザーを用いたフェムト秒光レーザーを組み合わせたポンプ ・...

実験的プロトコル フェムト秒近赤外/紫外-自由電子レーザーによる XUV ポンプ ・ プローブ実験

緊密に焦点を合わせたフェムト秒レーザーは、共焦点顕微鏡に結合することにより、細胞に正確な刺激を提供し、リアルタイムの観察と光刺激を可能にします。光刺激は、ERKシグナル伝達経路および活性酸素種のミトコンドリアフラッシュを含む細胞分子イベントを活性化することができる。...

フェムトセカンドレーザーによる光刺激は、標的細胞における細胞外シグナル調節キナーゼ(ERK)シグナル伝達またはミトコンドリアイベントを活性化する

多光子顕微鏡、内視鏡検査、光医学における潜在的な応用のためのカスタム低コスト、モードロックフェムト秒ファイバーレーザーを構築する方法が提示されています。このレーザーは市販の部品および基本的なスプライシング技術を使用して造られる。...

多光子顕微鏡用全常常分散フェムト秒ファイバーレーザーの低コストカスタム製造とモードロック動作

本稿では、スペクトル集束モジュールとデュアル出力パルスレーザーを統合し、金ナノ粒子と癌細胞の高速ハイパースペクトルイメージングを可能にする方法について説明します。この研究は、標準的なレーザー走査型顕微鏡でマルチモーダル非線形光学技術の詳細を実証することを目的としています。...

マルチモーダル非線形光学顕微鏡を用いたナノ粒子の細胞取り込みの生体分子イメージング

学ぶフェムト秒レーザーフィラメントを用いた回折限界を超えるリモートイメージング手法。高強度パルスが長距離伝播を維持し、砂に埋もれた金属対象の高分解能スキャンと分光解析を可能にする革新的技術です。

サブ Diffraction 限定画像、リモートセンシング用フェムト秒レーザーのフィラメント

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