Filamentos de Femtosecond Laser para uso em Sub-Diffraction-Limited imagens e sensoriamento remoto

Tenho o prazer de apresentar o Professor Sokolov e sua equipe. Eles foram os primeiros a usar lasers de alta potência para detectar antraz em tempo real. Ou seja, em um nanossegundo, não em vários segundos.

Eles então passaram a trabalhar em outros problemas sobre a filamentação da luz, o foco da luz e maneiras pelas quais podemos usar essas técnicas para ir além dos limites quânticos padrão. Descrevemos um protocolo experimental para usar filamentos laser femtosegundos, a fim de alcançar a resolução limitada de sub-difração a distâncias que seriam intratáveis classicamente. Filamentos a laser podem manter alta intensidade e diâmetro submilímetro em longas distâncias de propagação.

Isso permite detectar, digitalizar, espectroscopia de imagem com resolução aprimorada. A filamentação a laser pode ser gerada em muitos meios de comunicação, incluindo atmosfera e água. A técnica pode ser adaptada aos estudos ópticos oceânicos.

Não é fácil gerar filamento a laser. Um truque útil é ajustar o chirp do pulso para alcançar a intensidade necessária. Então hoje vamos ver os experimentos em filamentação, focando a luz em fibras minúsculas, e isso é algo que, colocado no contexto atual, nos ajuda a visualizar o que estamos fazendo com os experimentos, desde detectar antraz até olhar para a óptica oceânica.

Configure o aparelho em um banco óptico e siga as precauções de segurança para um laser classe 4. Para criar o filamento, use um laser de safira de titânio pulsado e amplificado. Passe o raio laser através de uma íris que corta ligeiramente as bordas externas.

O gradiente afiado no perfil de intensidade espacial causado pelo recorte do laser é conhecido pela formação de filamento de sementes. Em seguida, passe o feixe através de uma lente convergente com uma distância focal superior a 200 centímetros. Ajude a seed a se concentrar ligeiramente inclinando a lente em relação à direção de propagação.

Providencie para ter um despejo de feixe apropriado após o foco geométrico da lente. Para observar um filamento, opere o laser com uma potência de saída instantânea suficiente para auto-focalizar no ar. Procure filamentação perto do foco geométrico da lente usando papel branco.

Com o papel no caminho do feixe, procure por um halo difuso de vários milímetros em torno de um núcleo cintilante e brilhante de cerca de 100 micrômetros. Faça mais observações além do filamento. Lá, anéis de emissão cônicas brilhantes, multicoloridos e cônicos são o resultado de um processo de modulação auto-fases característico no ar.

Vários pontos brilhantes indicam que há vários filamentos. Para eliminar os pontos brilhantes, introduza atenuação no feixe antes da íris. Com a atenuação adequada, os pontos brilhantes no padrão de emissão cônica são eliminados.

Prepare-se para realizar um teste de varredura remota com o laser. Fixar um estágio de tradução motorizada de dois eixos no caminho do feixe para que ele traduza perpendicular ao feixe. Certifique-se de que o filamento do raio laser é incidente no centro do palco.

Em seguida, crie um alvo para digitalizar com o sistema. Obtenha um recipiente e coloque dois milímetros de areia em seu fundo. Coloque objetos de cobre, alumínio e aço inoxidável em cima da camada de areia.

Em seguida, coloque outra camada de dois milímetros de areia em cima dos metais. Com o laser desligado, coloque o recipiente no centro da fase de tradução onde ocorre a filamentação. Para coletar dados, conecte a saída do espectrômetro ao computador.

Configure o gatilho externo e o controle do computador para o laser disparar um único tiro. Em seguida, configure o aparelho do sensor. Neste caso, posicione um espectrômetro para que seus pontos de entrada no ponto de impacto de filamento na fase de tradução.

Use a lente para acoplar a luz do ponto de impacto ao espectrômetro. Coloque a lente de uma a duas distâncias focais de onde ocorre a filamentação. Acione o laser por software e regise o sinal do espectrômetro.

Este arranjo de cobre, alumínio e aço inoxidável é obscurecido sob cerca de dois milímetros de areia. As características espectrais dos metais enterrados medidos pela configuração permitem a criação de uma imagem composta com cobre em verde, alumínio em vermelho e aço inoxidável em ciano. Um raio laser não filamentado no limite de difração escaneado sobre um pequeno logotipo da Texas A&M não revela texto reconhecível.

Em contraste, um raio laser filamentado escaneado sobre o logotipo gera uma imagem com elementos perceptíveis. Energia e intensidade do pulso são parâmetros muito importantes para gerar filamento a laser. O uso de filamento a laser em espectroscopia remota pode aumentar a relação sinal-ruído em sensoriamento remoto.

Esta técnica abriu o caminho para alcançar a alta resolução espectral em sensoriamento remoto. Lasers classe 4 necessários para este trabalho são perigosos. Os experimentadores devem usar equipamentos de proteção individual e seguir todos os protocolos de segurança.