Ultrasnelle beeldvorming speelt een belangrijke rol in de natuurkunde en scheikunde om de femtoseconde-dynamiek van niet-uniforme monsters te onderzoeken. De methode is gebaseerd op het begrijpen van fenomenen die worden veroorzaakt door een ultrakorte laserpomppuls met daarna een ultrakorte sondepuls. De opkomst van zeer succesvolle ultrasnelle beeldvormingstechnieken met een extreem hoge framesnelheid is gebaseerd op golflengte- of ruimtelijke frequentiecodering. In een nieuw rapport nu in Licht:wetenschap en toepassingen , Chen Xie, Remi Meijer, en een team van wetenschappers in China en Frankrijk gebruikte een pomp-geïnduceerde microtransplantatiemethode om gedetailleerde in situ karakterisering van een zwakke sondepuls te geven. De methode is niet-destructief en snel uit te voeren en daarom kan de in-situ probe-diagnose worden herhaald om experimentele omstandigheden te kalibreren. De techniek zal voorheen ontoegankelijke beeldvorming mogelijk maken in een gebied van supersnelle wetenschap op micro- en nanoschaal.

Supersnelle natuurkunde en scheikunde

Het concept van laser-materie-interacties in ultrasnelle fysica en chemie is gebaseerd op beeldvorming met een hoge ruimtelijke resolutie en een hoge temporele resolutie. In dit werk, Xie en Meyer et al. beschreef een zeer gevoelige in-situ diagnose voor zwakke sondepulsen om het probleem van ultrasnelle beeldvorming met hoge ruimtelijke resolutie op te lossen. Het team leidde eerst het afgebogen signaal af en presenteerde de optische opstelling om vervolgens de functionalisering ervan onder elke polarisatieconfiguratie te demonstreren. Vervolgens hebben ze experimenteel de absolute vertraging van de pompsonde teruggevonden en het probleem van het verwijderen van de pulsfrontkanteling opgelost met behulp van een visualisatietool. Om het experiment op te zetten, ze vormden een interferentieveld met twee golven in een diëlektrisch monster van een enkele pompstraal met behulp van een ruimtelijke lichtmodulator om de synchronisatie tussen de twee pompgolven te verzekeren. In de proefopstelling is het team gebruikte een titanium-saffier getjilpte pulsversterker laserbron om 50 femtoseconde pulsen te leveren bij 790 nm centrale golflengte om alle metingen uit te voeren door het signaal te integreren over 50 opnamen met een herhalingssnelheid van 1 KHz.

Een op Kerr gebaseerd transiëntrooster dat geldig is voor alle combinaties van pomp-sondepolarisaties

In dit werk, Xie en Meyer et al. toonde aan hoe pompgeïnduceerde microroosters kunnen worden gegenereerd op basis van het elektronische Kerr-effect - een fenomeen waarbij de brekingsindex van een materiaal verandert als gevolg van een aangelegd elektrisch veld - om een ​​gedetailleerde in-situ karakterisering van een zwakke sondepuls te bieden. De wetenschappers valideerden het gemeten diffractiesignaal en toonden de validiteit van de meting voor alle combinaties van ingangspomp- en sondepolarisaties. Ze rapporteerden eerst over de validatie van de techniek, gevolgd door de optimalisatie van de sondepuls. Vervolgens optimaliseerden ze de duur van de sondepuls om beide polarisaties te karakteriseren en toonden ze hoe de methode zeer nuttig is om spectrale faseverschillen in het optische pad van de pomp en sondebundels te detecteren.

Ruimtelijke opsluiting van de synchronisatie

Tijdens de experimenten, Xie en Meyer et al. definieerde het synchronisatiecriterium van de pomp- en sondepulsen voor een precieze locatie van focus in het monster en lokaliseerde het interactiegebied tussen de pomp en sonde tot tientallen micrometers. Door de sterke lokalisatie van het experiment konden ze het effect van het verschil in groepssnelheden op de pomp-sondesynchronisatie achterhalen. De sondepuls kan een pulsfrontkanteling genereren, die ultrasnelle beeldvormingsexperimenten kunnen beperken. Om dit op te lossen, Xie en Meyer et al. een aberratievrije prismacompressor gebruikt door twee prisma's te gebruiken die perfect parallel waren, hoewel het parallellisme experimenteel kan afwijken met enkele milliradialen. Deze afwijking heeft een dramatische impact op de sondepuls. Het team gebruikte daarom transiëntenroosters om een ​​eenvoudige visualisatie van de pulsfrontkanteling te bieden en loste dit vervolgens effectief op door de parallelliteit tussen de compressorprisma's nauwkeurig aan te passen. Het werk toonde een uitstekende overeenkomst tussen de experimenten en simulaties. De transiënte rasterdiagnose die in dit werk werd geïntroduceerd, was nuttig om de frontkanteling van de puls nauwkeurig te verwijderen, zelfs voor zwakke veranderingen in de afwijkingshoek van de prismacompressor.

Outlook

Op deze manier, Chen Xie, Remi Meyer en collega's bedachten een extreem gelokaliseerde in-situ diagnostische methode om de karakterisering en synchronisatie van een zwakke sondepuls met een pomp met een hogere intensiteit mogelijk te maken. De diagnostiek is zeer flexibel voor diverse geometrieën van het kruisen van pompsondes om de sondepuls te karakteriseren. De techniek is ook geldig voor een verscheidenheid aan pulsduur en is zelfs relevant in de aanwezigheid van sferische aberraties en breed toepasbaar in de meeste ultrasnelle beeldvormings- en pompsonde-experimenten. De resultaten hebben diverse toepassingen en kunnen nuttig zijn om voorbijgaande verschijnselen op micronschaal te bepalen en om laser-materie-interacties in gecondenseerde materie te begrijpen.

© 2021 Science X Network