Femtoseconde Laser filamenten voor gebruik in Sub-Diffraction-Limited Imaging en Remote Sensing

Ik ben blij professor Sokolov en zijn team voor te stellen. Zij waren de eersten die high-power lasers gebruikten om miltvuur in real time te detecteren. Dat wil zeggen in een nanoseconde, niet in enkele seconden.

Ze zijn vervolgens aan andere problemen gegaan over de filamentatie van licht, het scherpstellen van licht en manieren waarop we deze technieken kunnen gebruiken om verder te gaan dan de standaard kwantumlimieten. We beschrijven een experimenteel protocol om femtoseconde laserfilamenten te gebruiken om een beperkte resolutie van subdiffractie te bereiken op afstanden die klassiek hardnekkig zouden zijn. Laser filamenten kunnen handhaven hoge intensiteit en sub-millimeter diameter over lange voortplantingsafstanden.

Dit maakt sensing, scanning, imaging spectroscopie met verbeterde resolutie mogelijk. De laser filamentatie kan worden gegenereerd in vele media, waaronder atmosfeer en water. De techniek kan worden aangepast aan oceaan optische studies.

Het is niet gemakkelijk om de laser filamentatie te genereren. Een handige truc is om het getjilp van de puls aan te passen om de nodige intensiteit te bereiken. Vandaag gaan we de experimenten zien op filamentatie, gericht op licht in kleine vezels, en dit is iets dat, in de huidige context, ons helpt om te visualiseren wat we doen met de experimenten, van het detecteren van miltvuur tot het bekijken van oceaanoptica.

Zet het apparaat op een optische bank en volg de veiligheidsmaatregelen voor een Klasse 4 laser. Om de gloeidraad te maken, gebruik maken van een gepulseerde, versterkte femtosecond titanium saffier laser. Geef de laserstraal door een iris die de buitenranden licht vastklemmen.

De scherpe gradiënt in het ruimtelijke intensiteitsprofiel veroorzaakt door het knippen van de laser is bekend dat de vorming van filamenten wordt gezaaid. Vervolgens passeert u de straal door een convergerende lens met een brandpuntsafstand van meer dan 200 centimeter. Help zaad zelf scherpstellen door iets kantelen van de lens met betrekking tot de voortplanting richting.

Schik om een aangewezen bundeldump na de geometrische nadruk van de lens te hebben. Om een gloeidraad te observeren, bedien de laser met een momentane uitgangsvermogen dat voldoende is voor zelffocus in de lucht. Zoek naar filamentatie in de buurt van de geometrische focus van de lens met behulp van wit papier.

Met het papier in de bundel pad, zoeken naar een diffuse halo van enkele millimeters rond een flikkerende, heldere kern van ongeveer 100 micrometer. Maak verdere waarnemingen buiten de gloeidraad. Daar zijn heldere, veelkleurige, conische emissieringen het resultaat van een karakteristiek zelfgefaseerd modulatieproces in de lucht.

Meerdere lichtpuntjes geven aan dat er meerdere filamenten zijn. Om de lichtpuntjes te elimineren, introduceer demping in de straal vóór de iris. Met de juiste demping worden de lichtpuntjes in het conische emissiepatroon geëlimineerd.

Bereid u voor om een test van het scannen op afstand uit te voeren met de laser. Beveilig een tweeassig gemotoriseerde vertaalfase in het bundelpad, zodat deze loodrecht op de balk wordt vertaald. Zorg ervoor dat de laserstraalfilament in het midden van het podium is incident.

Maak vervolgens een doel om te scannen met het systeem. Haal een container en plaats twee millimeter zand op de bodem. Zet koper, aluminium en roestvrij stalen objecten op de top van de laag zand.

Leg vervolgens nog een laag zand van twee millimeter bovenop de metalen. Met de laser uit, zet de container in het midden van de vertaalfase waar de filamentatie optreedt. Sluit de spectrometeruitvoer aan op de computer om gegevens te verzamelen.

Stel de externe trigger en computerbesturing in voor de laser om een enkel schot af te vuren. Vervolgens het opzetten van de sensor apparaat. Positioneer in dit geval een spectrometer zodat de ingangspunten op het filamentatie-impactpunt op het vertaalstadium plaatsen.

Gebruik de lens om licht van het inslagpunt in de spectrometer te koppelen. Plaats de lens van één tot twee brandpuntsafstanden van waaruit de filamentatie plaatsvindt. Activeer de laser door software en neem het signaal van de spectrometer op.

Deze opstelling van koper, aluminium en roestvrij staal is verduisterd onder ongeveer twee millimeter zand. De spectrale kenmerken van de begraven metalen zoals gemeten door de setup maken het mogelijk om een samengesteld beeld te maken met koper in groen, aluminium in rood en roestvrij staal in cyaan. Een niet-filamentige laserstraal bij de diffractielimiet gescand over een klein, gedrukt, Texas A&M-logo onthult geen herkenbare tekst.

Daarentegen genereert een gegloesmenteerde laserstraal die over het logo wordt gescand een beeld met waarneembare elementen. Pulsenergie en -intensiteit zijn zeer belangrijke parameters voor het genereren van lasergloementatie. Het gebruik van lasergloeien in externe spectroscopie kan de signaal-ruisverhouding bij teledetectie verhogen.

Deze techniek effende de weg om de hoge spectrale resolutie in remote sensing te bereiken. Klasse 4 lasers die nodig zijn voor dit werk zijn gevaarlijk. Onderzoekers moeten persoonlijke beschermingsmiddelen dragen en alle veiligheidsprotocollen volgen.