Ferramenta Revolucionária Permite Medições Precisas de Laser Femtossegundo

Photonics & Imaging Technology INSIDER

O setup de laboratório para uma nova ferramenta que pode medir lasers femtossegundo. (Imagem: Universidade de Lund)

Pulsos de laser ultracurtos — mais curtos que um milionésimo de um milionésimo de segundo — transformaram ciência fundamental, engenharia e medicina. Apesar disso, sua duração ultracurta os tornou elusivos e difíceis de medir. Cerca de dez anos atrás, pesquisadores da Universidade de Lund e Universidade do Porto introduziram uma ferramenta para medir duração de pulso de lasers ultracurtos. A mesma equipe agora alcançou um avanço que permite medição de pulsos de laser individuais através de uma faixa de parâmetros mais ampla em um setup mais compacto.

"As medições padrão atuais para lasers femtossegundo, tipicamente usadas na indústria e medicina, dão apenas uma estimativa da duração do pulso. Nossa abordagem dá uma medição mais completa e pode contribuir para liberar todo o potencial da tecnologia de laser ultracurto," disse Daniel Díaz Rivas, doutorando em Física Atômica na Universidade de Lund.

O conceito de pulsos femtossegundo é difícil de compreender para a maioria de nós. Ainda assim, são usados para uma ampla gama de aplicações cotidianas, desde cirurgia ocular a micro-usinagem na indústria. Os pulsos de laser extremamente curtos podem até investigar os processos mais rápidos na natureza, como transferência de energia na fotossíntese e dinâmica de elétrons.

Mesmo tendo sido cada vez mais amplamente usados, a medição precisa da forma e duração dos pulsos permanece uma tarefa difícil. Instrumentos eletrônicos são muito lentos, por isso pesquisadores recorreram a métodos ópticos.

Métodos Atuais são Limitados

No entanto, estes tipos de técnicas ópticas tipicamente requerem múltiplas medições em uma sequência de varredura. Isso os torna inadequados para capturar pulsos individuais em tempo real.

Versões single-shot surgiram para caracterizar pulsos muito curtos comumente usados em ciência fundamental — mas lutam com pulsos mais longos mais comumente usados em aplicações industriais e médicas. As limitações estão relacionadas à complexidade de esticar suficientemente os pulsos dentro de um setup óptico compacto.

Pesquisadores da Universidade de Lund desenvolveram agora uma forma compacta e elegante de esticar pulsos de laser ultracurtos usando um princípio óptico simples. Enviando um feixe de laser pulsado através de uma grade de difração — um componente que separa espacialmente a luz em suas cores — e imageando a grade com uma combinação de lentes, eles podem controlar precisamente a duração do pulso através do feixe de laser.

Esta abordagem permite que pulsos femtossegundo sejam alongados mais de dez vezes dentro de um setup óptico compacto.

Isso habilita caracterização completa em um único tiro, sem necessidade de elementos ópticos de pré-compensação. O resultado deste trabalho é uma técnica versátil que pode funcionar para durações de pulso variando de poucos femtossegundos a centenas, assim cobrindo aplicações científicas, industriais e médicas. Abre a porta para monitoramento em tempo real de pulsos individuais, algo anteriormente fora de alcance para muitas plataformas de laser.

Olhando para o Futuro

Além de caracterização de pulso, este princípio óptico pode ser aplicado para moldar propriedades espaço-temporais de pulsos de luz e explorar diferentes formas de estudar interações luz-matéria.

"À medida que lasers ultracurtos continuam a impulsionar inovação em ciência e tecnologia, ferramentas como esta serão chave para expandir os limites de precisão e entendimento," conclui Cord Arnold, Professor Sênior em Física Atômica na Universidade de Lund.

Este artigo foi escrito pela Universidade de Lund. Para mais informações, contate Daniel Diaz Rivas, [email protegido].

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