تفتح نبضات جيجاهيرتز المتكررة ذات الألوان والأشكال الفردية إمكانات جديدة في التصوير فائق السرعة والمعالجة بالليزر.
إن توليد وتشكيل نبضات متكررة للغاية يحمل وعدًا كبيرًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك التصوير عالي السرعة والمعالجة بالليزر وتوليد الموجات الصوتية. تعتبر نبضات جيجاهيرتز (GHz) بفواصل زمنية تبلغ ~0.01 ~ ~10 نانو ثانية ذات قيمة خاصة في تصور الظواهر فائقة السرعة وتحسين كفاءة معالجة الليزر.
على الرغم من وجود طرق لتوليد دفعات من النبضات جيجاهرتز، لا تزال هناك تحديات، مثل انخفاض إنتاجية طاقة النبضة، وضعف إمكانية ضبط فترات النبضة، وتعقيد الأنظمة الحالية. بالإضافة إلى ذلك، فإن تشكيل المظهر الجانبي المكاني لكل نبضة انفجارية جيجاهرتز يكون محدودًا بسبب عدم كفاية استجابة مُعدِّلات الضوء المكانية.
ولمواجهة هذه التحديات، قام فريق من الباحثين من جامعة طوكيو وجامعة سايتاما بتطوير تقنية بصرية مبتكرة تسمى "مكوك الطيف" والتي تقوم في نفس الوقت بتوليد وتشكيل الملامح المكانية لنبضات انفجارات جيجاهرتز.
تبتكر اليابان تقنية بصرية تعمل في نفس الوقت على توليد وتشكيل نبضات جيجاهيرتز.
(مصدر الصورة: جامعة طوكيو)
تتضمن الطريقة تشتيت نبضات فائقة القصر أفقيًا من خلال محزوز الحيود، باستخدام مرايا متوازية لفصل النبضات مكانيًا إلى أطوال موجية مختلفة. هذه النبضات المحاذاة رأسيًا قادرة على تعديلها مكانيًا بشكل فردي باستخدام مُعدِّل الضوء المكاني. وتنتج النبضات المشكلة الناتجة، مع تأخيرات زمنية مختلفة في نطاق جيجا هرتز، رشقات من النبضات منفصلة طيفيًا جيجا هرتز، ولكل منها شكل فريد في مظهرها المكاني.
تم الإبلاغ عن نجاح هذه الطريقة في توليد نبضات رشقية جيجاهرتز مع اختلافات منفصلة في الطول الموجي والفاصل الزمني. إنه يوضح تكوين الملامح المكانية بما في ذلك تغيرات الموضع وتقسيم الذروة. يوضح تطبيق الطريقة على التصوير الطيفي فائق السرعة قدرته على التقاط ديناميكيات نطاقات الطول الموجي المختلفة في وقت واحد.
تسهل هذه الطريقة التصوير فائق السرعة في نطاقات زمنية تتراوح بين النانو ثانية والنانو ثانية، مما يتيح تحليل الظواهر السريعة وغير المتكررة. وتشمل تطبيقاته المحتملة الكشف عن ظواهر فائقة السرعة غير معروفة ومراقبة العمليات الفيزيائية السريعة في البيئات الصناعية. تعد القدرة على تشكيل نبضات جيجا هرتز بشكل فردي واعدة أيضًا في المعالجة الدقيقة بالليزر والعلاج بالليزر.
ومن الجدير بالذكر أن الفريق المذكور أعلاه قد اقترح أساليب مبتكرة تؤدي إلى تصميم مدمج وتعزيز قابليته للنقل، مما يجعله قابلاً للتطبيق في مرافق البحث العلمي وقطاعات التكنولوجيا الصناعية المختلفة.
وقال كيتارو شيمادا، وهو مرشح لدرجة الدكتوراه في قسم الهندسة الحيوية بجامعة طوكيو: "يسمح هيكلنا البصري الفريد بمعالجة النبضات فائقة القصر بمسار بصري ثلاثي الأبعاد، مما يؤدي إلى معالجة مكانية غير مسبوقة لنبضات انفجارات جيجاهرتز".
وأضاف: "يوفر النقل المكوكي الطيفي نطاقًا واسعًا من نبضات انفجارات جيجاهرتز بفواصل زمنية تتراوح من 10 بيكو ثانية إلى 10 نانو ثانية. وأعتقد أن التطبيقات القائمة على تقنيتنا لمجموعة متنوعة من الأهداف، بما في ذلك البلازما والمعادن والخلايا، ستسرع الاكتشافات العلمية و الابتكار التكنولوجي في الصناعة والطب."
تفتح هذه التقنية المبتكرة الطريق أمام تطوير التصوير فائق السرعة، مع ما يترتب على ذلك من آثار على كل من البحث العلمي والتطبيقات الصناعية. إن قدرتها على توليد وتشكيل دفعات من نبضات جيجاهرتز في وقت واحد تقدم أداة متعددة الاستخدامات لدراسة الظواهر السريعة وتعزيز العمليات المعتمدة على الليزر.
