高重復(fù)脈沖的產(chǎn)生和操作在各種應(yīng)用中都有很大的前景，包括高速攝影、激光處理和聲波產(chǎn)生。間隔為~0.01 ~ ~10納秒的千兆赫(GHz)脈沖在超快現(xiàn)象的可視化和提高激光加工效率方面特別有價(jià)值。

　　雖然存在產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖的方法，但仍然存在挑戰(zhàn)，例如脈沖能量的低吞吐量、脈沖間隔的可調(diào)性差以及現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，由于空間光調(diào)制器的響應(yīng)不足，對(duì)每個(gè)GHz突發(fā)脈沖的空間輪廓的塑造受到限制。

　　為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，來(lái)自東京大學(xué)和埼玉大學(xué)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了一種名為“頻譜穿梭”的創(chuàng)新光學(xué)技術(shù)，該技術(shù)可以同時(shí)產(chǎn)生GHz突發(fā)脈沖并形成其空間輪廓。

　　該方法包括通過(guò)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(zhǎng)。這些垂直排列的脈沖使用空間光調(diào)制器進(jìn)行單獨(dú)的空間調(diào)制。由此產(chǎn)生的調(diào)制脈沖，在GHz范圍內(nèi)具有不同的時(shí)間延遲，產(chǎn)生頻譜分離的GHz突發(fā)脈沖，每個(gè)脈沖在其空間剖面中具有獨(dú)特的形狀。

　　據(jù)黃金開(kāi)放獲取期刊《高級(jí)光子學(xué)Nexus》報(bào)道，該方法成功地產(chǎn)生了波長(zhǎng)和時(shí)間間隔離散變化的GHz突發(fā)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(yīng)用表明，它能夠同時(shí)捕獲不同波長(zhǎng)波段的動(dòng)態(tài)。

　　該方法促進(jìn)了亞納秒到納秒時(shí)間尺度內(nèi)的超快成像，使快速、非重復(fù)現(xiàn)象的分析成為可能。它的潛在應(yīng)用包括揭示未知的超快現(xiàn)象和監(jiān)測(cè)工業(yè)環(huán)境中的快速物理過(guò)程。在精密激光加工和激光治療中，單獨(dú)塑造GHz脈沖的能力也很有希望。

　　值得注意的是，所提出方法的緊湊設(shè)計(jì)增強(qiáng)了其可移植性，使其適用于科學(xué)研究設(shè)施和各種工業(yè)技術(shù)部門。

　　東京大學(xué)生物工程系的博士候選人Keitaro Shimada說(shuō):“我們獨(dú)特的光學(xué)結(jié)構(gòu)允許用三維光路操縱超短脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GHz突發(fā)脈沖的前所未有的空間操縱。”他補(bǔ)充說(shuō):“頻譜穿梭提供了寬范圍的GHz突發(fā)脈沖，間隔從10皮秒到10納秒不等。我相信，以我們的技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)等離子體、金屬和細(xì)胞等各種目標(biāo)的應(yīng)用，將加速工業(yè)和醫(yī)學(xué)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新。”

　　這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)為推進(jìn)超快成像開(kāi)辟了道路，對(duì)科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用都有意義。它同時(shí)產(chǎn)生和形成GHz突發(fā)脈沖的能力為研究快速現(xiàn)象和增強(qiáng)基于激光的過(guò)程引入了一種多功能工具。

　　欲知詳情，請(qǐng)閱讀島田等人的原創(chuàng)文章，“用于產(chǎn)生空間可成形的GHz突發(fā)脈沖的頻譜穿梭”，《光子》雜志。Nexus 3(1)， 016002 (2024)， doi 10.1117/1.APN.3.1.016002。