研究價值

具有單獨顏色和形狀的千兆赫茲重復脈沖，在超快成像和激光加工處理中釋放出了新的潛力。

來自日本東京大學和埼玉大學的一個研究小組開發了一種名為“頻譜穿梭”（spectrum shuttle）的創新光學技術。該技術可以同時產生GHz突發脈沖，并形成其空間輪廓。

（圖源：University of Tokyo）

高重復脈沖的產生和整形，在各種應用中都有很大的前景，包括高速攝影、激光處理和聲波產生。間隔為~0.01 ~ ~10納秒的千兆赫（GHz）脈沖在超快現象的可視化、提高激光加工效率方面特別有價值。

目前，業界雖然已有產生GHz突發脈沖的方法，但仍然存在挑戰——例如脈沖能量的輸出效率低、脈沖間隔的可調性差以及現有系統的復雜性。此外，由于空間光調制器的響應不足，對每個GHz突發脈沖的空間輪廓的塑造受到限制。

為了應對這些挑戰，上述研究團隊開發出了一個新方案。

該方法包括通過衍射光柵水平分散超短脈沖，使用平行鏡將脈沖在空間上分離成不同的波長。這些垂直排列的脈沖，能夠使用空間光調制器進行單獨的空間調制。由此產生的調制脈沖，在GHz范圍內具有不同的時間延遲，產生頻譜分離的GHz突發脈沖，每個脈沖在其空間剖面中具有獨特的形狀。

據報道，該方法成功地產生了波長和時間間隔離散變化的GHz突發脈沖。它展示了空間輪廓的形成，包括位置移位和峰分裂。該方法在超快光譜成像中的應用表明，它能夠同時捕獲不同波長波段的動態。

該方法促進了亞納秒到納秒時間尺度內的超快成像，使快速、非重復現象的分析成為可能。它的潛在應用包括揭示未知的超快現象和監測工業環境中的快速物理過程。在精密激光加工和激光治療中，單獨成形GHz脈沖的能力也頗有大展身手的機會。

值得注意的是，上述團隊提出創新方法帶來了緊湊設計并增強了其可移植性，使其適用于科學研究設施和各種工業技術部門。

東京大學生物工程系的博士候選人Keitaro Shimada表示：“我們獨特的光學結構允許用三維光路操縱超短脈沖，從而實現對GHz突發脈沖的前所未有的空間操縱。”

他補充稱：“頻譜穿梭提供了寬范圍的GHz突發脈沖，間隔從10皮秒到10納秒不等。我相信，以我們的技術為基礎，針對等離子體、金屬和細胞等各種目標的應用，將加速工業和醫學的科學發現和技術創新。”

這項創新技術為推進超快成像開辟了道路，對科學研究和工業應用都有意義。它同時產生和形成GHz突發脈沖的能力，為研究快速現象和增強基于激光的過程引入了一種多功能工具。








審核編輯：劉清