Name: femtosecond laser filaments for use in sub-diffraction-limited imaging and remote sensing
Uploaded: 2019-04-25T12:30:00
Duration: 6 min 16 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing at JoVE.com

연구는 지원에 의해의 해군 연구소 (ONR) (수상 N00014-16-1-2578, N00014-16-1-3054) 로버트 A. 웰 치 재단 (그랜트. A-1547, 호 A-1261), 과학 연구 (보너스 번호의 공군 사무실 FA9550-18-1-0141), 과학 및 기술 (KACST) 친교와 국왕 Abdulaziz 시에서 부여를 스마트.

1입니다. 펨 레이저 필 라 멘 트의 창조
<ol><li>클래스 4 레이저의 출력 펨 필 라 멘 트에 따라, 착용 적절 한 눈 보호에 대 한 특정 평가 레이저 시스템 사용에서 하 고 적절 한 빔 덤프와 명확 하 고 잘 정의 된 빔 라인을 설정. 모든 표준 레이저 안전 절차를 따르십시오.</li>
	<li>시작 그 순간 출력은 공기에서 자동 초점을 위한 중요 한 파워 보다 크거나 펄스, 증폭 된 펨 레이저의 출력, 약 3.2 GW는 Ti:Sapphire에 대 한 레이저 800 nm 파장에. 제조 업체의 프로토콜을 사용 하 여 상업 펨 레이저 증폭기 시스템에서 증폭 된 펄스를 생성 합니다. 실제로, 펄스에 대 한 약 1 엠 제이의 에너지는 약 35 fs 펄스 충분 하다. 2-4 엠 제이의 펄스 에너지와 좋은 결과 얻을 수 있습니다.</li>
	<li>창포 외부 가장자리를 약간 클립을 통해 서 레이저 광선을 전달 합니다. 그것 때문에 필 라 멘 트 형성 날카로운 그라디언트 및 레이저의 공간적 강도 프로필에 이질성 시드할 수 알려져 있다 필 라 멘 트 형성을 촉진 하는 관찰 된다.</li>
	<li>초점 거리 약 200 cm 이상, 그래서는 기하학적 집중 하는 것은 너무 큰 그 자동 초점 광학 고장 또는 회절에 의해 압도 수렴 렌즈를 통해 광속을 전달 합니다. 이후 추가 이방성 자기 초점 과정 씨앗 수 있도록 알려져 있다 약간의 전파 방향 렌즈 기울기.</li>
	<li>위치는 렌즈의 기하학적 초점 근처에 필 라 멘 트를 관찰 합니다. 확산 (몇 mm-크기) 후광 밝은 (약 100 µ m-크기) 코어 주변에 filamentation를 진단 합니다. 흰 종이에 후광을 볼 수 하 고 밝은 코어 일반적으로 깜박임.<ol>
<li>또한, 자체 생산 하는 필 라 멘 트를 넘어 볼 수 있는 밝은, 다 색 원뿔 방출 반지 공중에 변조 과정 단계 특성 관찰. 여러 번 filamentation에 대 한 임계값을 에너지로 레이저에 대 한 여러 개의 필 라 멘 트 관찰 된다. 이 원뿔 방출 패턴에 여러 개의 밝은 반점으로 볼 수 있습니다 그리고 홍 채 전에 감쇠에 의해 삭제 될 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 원격 대상 표면의 검사
<ol><li>2-축 동력된 번역 단계 넣어 테이블에 레이저 광선의 전파 샘플 가로 방향으로 이동 가능. 무대의 중심에 레이저 빔 문제 인지 확인 합니다. 나사를 가진 테이블에 무대를 볼트. 목적을 위해 실험실, 레이저 빔 광선 대상을 검색 하는 동안 공간에 고정 유지 하가 일반적으로 쉽습니다.</li>
	<li>컨테이너 (5 m m x 25.4 m m x 25.4 m m)에 모래를 배치 합니다. 모래의 두께 약 2 m m 이다입니다.<ol>
<li>모래 (그림 3a) 위에 금속 (구리, 스테인리스, 알루미늄)을 넣어. 모래 (그림 3b)의 또 다른 2mm 레이어와 금속 커버.</li>
		<li>레이저로 번역 무대의 중심에는 컨테이너를 넣어. 컨테이너의 센터 filamentation 단계 1.1-1.5에 대 한 관찰은 위치에 있는지 확인 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>싱글 샷 때 전자를 레이저의 컴퓨터 제어 설정 명령. 컨트롤을 수행 하는 LabVIEW 또는 유사한 컴퓨터 언어를 작성 합니다. 자동된 싱글 샷 펄스에 대 한 외부 트리거는 필요 합니다.<ol>
<li>TTL 펄스 트리거 BNC 케이블 레이저 제어 모듈의 뒷면에 외부 트리거 포트에 연결 합니다. 레이저 제어 모듈에서 외부 트리거 옵션을 사용 합니다. TTL 펄스 지금 레이저 한 번 화재를 일으킬 것 이다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>적절 한 센서 장치를 설정 합니다. 임팩트 포인트를 가리키는 계의 입구를 설정 합니다.<ol>
<li>렌즈를 사용 하 여 하는 분석기에 filamentation 충격 지점에서 빛. 렌즈와 filamentation 사이의 거리는 초점에 대 한 있는지 확인 합니다.</li>
		<li>컴퓨터 USB 케이블을 사용 하는 분석기를 연결 합니다. 소프트웨어를 사용 하 여 스펙트럼 모니터링. 소프트웨어 및 스펙트럼을 열고 실행 단추를 클릭 합니다.</li>
		<li>마우스를 사용 하 여 실험에 기록 된 범위 확대. 화면에 신호를 본 후 분석기 위치를 최적화 합니다.</li>
		<li>이미징 측정, 광 전 증폭 관 관 또는 CCD 카메라는 분석기를 교체 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>다음 단계를 통해 루프를 수행 하는 LabVIEW 또는 유사한 컴퓨터 언어 프로그램을 작성: 단일 레이저;에서 쏜 화재 수집 하 고 저장 결과 데이터; 다음 좌표 지점 번역 단계를 이동 합니다.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kocharocsky, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gain-swept+superrandiance+applied+to+the+stand-off+detection+of+trace+impurities+in+the+atmosphere.">Gain-swept superrandiance applied to the stand-off detection of trace impurities in the atmosphere.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (22), 7806-7811 (2005).</li><li>Hemmer\, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standoff+spectroscopy+via+remote+generation+of+a+backward-propagation+laser+beam.">Standoff spectroscopy via remote generation of a backward-propagation laser beam.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (8), 3130-3134 (2011).</li><li>Zuber, M. 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R., Mazur, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtosecond+laser+micromachining+in+transparent+materials.">Femtosecond laser micromachining in transparent materials.</a> Nature Photonics. 2, 219-225 (2008).</li><li>Tognoni, E., Palleschi, V., Corsi, M., Christoforetti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+micro-analysis+by+laser-induced+breakdown+spectroscopy:+a+review+of+the+experimental+approaches.">Quantitative micro-analysis by laser-induced breakdown spectroscopy: a review of the experimental approaches.</a> Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 57 (7), 1115-1130 (2002).</li><li>Beadie, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+a+FAST+CARS+anthrax+detector:+coherence+preparation+using+simultaneous+femtosecond+laser+pulses.">Toward a FAST CARS anthrax detector: coherence preparation using simultaneous femtosecond laser pulses.</a> Optics Communications. 244, 423-430 (2005).</li><li>Scully, M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FAST+CARS:+Engineering+of+a+laser+spectroscopic+technique+for+rapid+identification+of+bacterial+spores.">FAST CARS: Engineering of a laser spectroscopic technique for rapid identification of bacterial spores.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (17), 10994-11001 (2002).</li><li>Pestov, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+the+laser-pulse+configuration+for+coherent+Raman+spectroscopy.">Optimizing the laser-pulse configuration for coherent Raman spectroscopy.</a> Science. 316 (5822), 265-268 (2007).</li><li>Braun, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-channeling+of+high-peak-power+femtosecond+laser+pulses+in+air.">Self-channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air.</a> Optics Letters. 20 (1), 73-75 (1995).</li><li>Couairon, A., Mysyrowicz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtosecond+filamentation+in+transparent+media.">Femtosecond filamentation in transparent media.</a> Physics Reports. 441, 47-189 (2007).</li><li>Wang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+sub-diffraction+imaging+with+femtosecond+laser+filaments.">Remote sub-diffraction imaging with femtosecond laser filaments.</a> Optics Letters. 37 (8), 1343-1345 (2012).</li><li>Strycker, B. D., Wang, K., Springer, M. D., Sokolov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical-specific+imaging+of+shallowly+buried+objects+using+femtosecond+laser+pulses.">Chemical-specific imaging of shallowly buried objects using femtosecond laser pulses.</a> Applied Optics. 52 (20), 4792-4796 (2013).</li><li>Heck, G., Sloss, J., Levis, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+control+of+the+spatial+position+of+white+light+filaments+in+an+aqueous+solution.">Adaptive control of the spatial position of white light filaments in an aqueous solution.</a> Optics Communications. 259 (1), 216-222 (2006).</li><li>Li, H. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+power+and+clamping+intensity+inside+a+filament+in+a+flame.">Critical power and clamping intensity inside a filament in a flame.</a> Optics Express. 24 (4), 3424 (2016).</li></ol>

관심 없음 충돌 선언.

위의 방법은 고전적인 다루기 힘든 거리에서 고 강도 레이저 광의 사용에 대 한 실험실 프로토콜입니다. 이러한 빛-자동차, 거짓말의 수많은 가능한 애플 리 케이 션의 THz 방사, photoacoustics, superradiance, 등등. -많은 응용 표면 소재 속성에 대 한 지점 정보를 제공할 수 있습니다. 펨 서브 classical 회절 제한 자리 크기와 레이저 필 라 멘 트 포인트 기준 표면 스캔 하는 동안 이러한 기술의 사용을 허용 한다. 이 프로토콜은 이러한 기술의 개발을 위한 이상적인 테스트 베드.
레이저 filamentation를 생성 하는 프로토콜의 가장 중요 한 측면이입니다. 안정적인 레이저 filamentation를 생성 하려면 중요 한 레이저 강도 몇 1013 W/c m2 이며 채워 강도 1.4x1014 W/c m2 측정 실험16. 강도 높은 또는 낮은 경우 없는 레이저 filamentation이 있다. 강도 너무 높은 경우에, 매체 초점에 강하게 이온화 수 그리고 레이저 유도 고장을 일어날 것입니다. 레이저 filamentation 대신 밝은 불꽃을 관찰 됩니다. 그 경우에, 힘을 약하게 하거나 더 긴 초점 거리 렌즈를 사용 합니다. 반대로, 힘은 낮은 (플라즈마 생성 되지 않음 관찰), 힘을 증가 또는 짧은 초점 거리와 렌즈를 사용. 또한, 두 경우 모두, 그것은 레이저 filamentation를 형성 하는 데 도움이 짹짹 조정 가치가입니다.
이 스캐닝 기술은 일반적으로 더 나은 적합 실험실 사용 하 고 원격 이후 필드 배포 보다 개념 증명 감지 분야에서 일반적으로 허용 하지 않습니다 조사 대상의 훌륭한 번역 단계 제어. 이러한 시나리오에서 동일한 실험실에서 개발한 레이저 기술을 사용할 수 있습니다, 하지만 레이저 자체 더 전통적인 빔 레이저 장치 자체의 방향을 변경 하는 등 방법을 조 타를 통해 스캔 해야 합니다.
프로토콜 여러 필 라 멘 트, 필 라 멘 트 번들, 펌프-프로브 실험, 지지대 분광학도 파 관, 또는 다른 수많은 가능성으로 실험을 상대적으로 쉽게 연장 될 수 있습니다. 각각의 경우에 주요 실험 장애물 중 하나는 교차 초점 명소의 정렬 하지만이 프로토콜 필요만 이렇게 한 번. 광학 요소 자리에 고정 되 고 자체 샘플은 이동 하는 데 필요한 유일한 개체입니다. 이 번역 단계와 매우 정확 하 게 할 수 있습니다. 더 더 제어할 수백 미터는 레이저에서의 필 라 멘 트 형성을 포함 하 여 필 라 멘 트 형성 거리의 위치를 달성 하기 위해이 프로토콜의 수정 출력 레이저 펄스의 주의 깊은 통제에 의해 원리에서 가능 하다. 멀티-filamentation 또한 여유 공간에 빛을 제공 하는 데 도움이 수 있는 전파 중 한도 파 관을 형성 합니다.
물리학, 화학, 공학, 분야에 걸쳐 광범위 한 주제는 원격 탐사 환경 과학, 등등. 보충 자료에서 추가 원격 감지 제도 스탠드 오프 분광학 및 filamentation 뿐만 아니라 superradiance를 포함 하 여 제안 한다.

공간 일관성과 레이저 광선 분위기1,2, 범위 찾기3, 화학적으로 민감한 측정을 포함 하 여 수많은 응용 프로그램에 원격 탐사 지도의 해당 작은 발산 각도 그리고 원격 분광학4. 동일한 일관성 속성 허용 매우 평방 센티미터 당 수십억의 농도 및 당 1013 와트의 펄스 농도 평방 센티미터 몇 기간 동안 연속 제공할 수 있는 레이저 빛의 초점을 꽉 femtoseconds입니다. 이러한 극단적인 농도 수많은 어플리케이션 문제5, 정밀 광학 미세6, 레이저 유도 붕괴를 통해 재료 특성의 비선형 광학 속성을 검사 하는 데 유용 분광학7, 라만 분광학8,,910및 추적 화학 탐지11자극.
그러나, 가우스 광속의 물리적 한계 극단적인 강도와 작은 발산 각도의 이러한 속성을 동시에 적용 하는 능력에 한계를 설정. 작은 점 크기에 초점을 맞춘 레이저 빔 반드시 더 큰 각으로 갈리는 것 이다. 고전적인, 광속 발산 각에 의해 주어진, 여기서 λ는 파장 및 w0 는 광속 허리의 반경. 레이저 빔 직경과 초점 렌즈의 초점 거리 f 분기 각도 설정 이후, 꽉 초점 불가능 하다 많은 미터의 거리에서 f 되 큰 d에 비해.
증폭 된 펨 펄스와이 제한 범위 대 강도에 강도 높은 펨 펄스에 대 한 위반 했다 발견의 분야에 있는 노동자 화상 자국에서 큰 거리에서 목표물에 회절 한계 보다 작은 원래 레이저12. 이 커 효과 자동 초점 때문에 발견 되었다. 공기의 굴절률은 레이저 분야의 강렬에 비례하여 수정 그리고 레이저는 가우스 강도 프로필, 결과 굴절 강도 프로필 된다 기능 렌즈5. 빔 자체 그것은 전파, 작은 크기는 클래식 회절, 커 자동 초점, 및 플라즈마 세대13인해 defocusing 중 동적 균형에 의해 유지 하는 100 µ m 반지름의 좁고 강렬한 멘 인으로 집중 한다.
펨 레이저 필 라 멘 트와 함께 1013 W/c m2 의 순서 농도 상용 펨 근처 울고 펄스 증폭기와 많은 미터의 거리에서 목표물을 전달 수 있다. 따라서, 많은 실험을 꽉 초점 조건 및 대상 높은 숫자 조리개의 렌즈를 가까이 매우 필요 했던 원격 감지 응용 프로그램의 일반적인 거리에서 지금 할 수 있습니다. 그러나, 광속 각 개별 필 라 멘 트 자체13초점을 위한 중요 한 전원 근처입니다 여러 개의 필 라 멘 트로 헤어 경향으로이 임계값 보다 훨씬 높은 농도 filamentation, 쉽게 가능 하지 않습니다.
수많은 응용 프로그램은 가능 합니다. 선물이 이미징 및 대상 표면 스캔 펨 레이저 필 라 멘 트를 사용 하 여 원격 대상의 분광학에 주로 적용 되는 프로토콜. 실험적인 체제는 그림 1에 표시 됩니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Femtosecond laser system</td>
			<td>Coherent Co</td>
			<td>Legend Elite System</td>
			<td>1 kHz system, fs system pulse energy 4 mJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IRIS</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>id25</td>
			<td>Mounted Standard Iris, &#216;25.0 mm Max Aperture, TR3 Post</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1908-C</td>
			<td>L=50 cm, Plano-Convex Lenses (AR Coating: 1050 - 1700 nm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mirrors</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-P01</td>
			<td>Plano metallic mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodetector</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>H12694</td>
			<td>Thermoelectric cooled NIR-PMT unit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>OCEAN_HDX_VIS_NIR</td>
			<td>Spectrometer, high dynamic range, 350-950</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Translation Stage</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PT3-Z8</td>
			<td>25 mm (0.98&#34;) Three-Axis Motorized Translation Stage, 1/4&#34;-20 Taps</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

femtosecond laser filaments for use in sub-diffraction-limited imaging and remote sensing

원격 문제 레이저 빛을 조사 레이저 유도 내역 분광학, 바코드 스캐너 등 다양 한 상황에서 사용 하는 유비 쿼터 스 기술입니다. 고전 광학, 원격 대상에 곰을 데 려 수 있는 강도 대상의 거리에 레이저의 점 크기에 의해 제한 됩니다. 이 크기는 하한값으로 고전 광학 회절 한계에 의해 결정 됩니다. 그러나, 증폭 된 펨 레이저 펄스는 주변 공기의 굴절률을 수정 하 고 자동 초점을 받아야 하기에 충분 한 강도 생성 합니다. 이 자동 초점 효과 그들의 강도와 클래식 레일리 길이 잘 넘어 거리에 작은 서브 밀리미터 직경 크기를 유지 하는 매우 강렬한 레이저 필 라 멘 트의 세대를 리드. 이러한 강도 원격 검색, 이미징, 감지, 및 향상 된 공간 해상도와 분 광의 기능을 제공 합니다. 펨 재생 근처 울고 펄스 증폭기, 필 라 멘 트를 생성 하 고 결과 필 라 멘 트를 사용 하 여 적어도 몇 미터의 원격 거리에서 영상 및 분 광 측정을 수행 하는 기술을 설명 합니다.

스캔 한 이미지의 해상도 광학 ~ 100 µ m에 의해서만 제한 됩니다. 따라서,이 크기 순서 또는 최대 해상도 대 한 작은 번역 단계 모션 이어야 한다. 그러나, 해상도의이 수준은 모든 측정을 위해 필요 하지 않습니다. 이 프로토콜은 이미징14 와15 분 광 측정에 사용 되었습니다. 그림 1 에서는 실험 설정. 펄스는 증폭기 시스템에서 생성 됩니다. 펄스 1 kHz, 50 fs, 이며 가운데에 800 nm. 그림 2 는 작은 텍사스 A & M 로고 대상의 필 라 멘 트 형성 빔으로 찍은 스캔에 비해 회절 한계에 레이저로 찍은 스캔을 비교 합니다. 이 실험에서 액체 물, 필 라 멘 트를 사용 하 여 수행 하지만 결과 원격 감지13공기 rescaled 수 있습니다. 그림 3 보여 줍 공간적-해결 다른 구성의 금속 물체의 필 라 멘 트 유도 된 고장 분광학 스캔 묻혀 모래 층 아래 약 2 밀리미터. 모양과 금속 물체의 명백 하다. 일반적으로, filamentation는 여러를 대상 효과 대 한 메커니즘을 제공합니다. 후속 펄스 표면 층의 기계적 제거 또는 제거를 통해 자료의 더 깊은 부분에 정보를 제공할 수 있는 동안 초기 펄스 표면 층에 정보를 제공할 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig1.jpg"> 그림 1입니다. 실험적인 체제. 레이저 1 kHz, 50 fs, 이며 가운데에 800 nm. 그것은 레이저 필 라 멘 트를 강도 (10 ~13 W/c m2)에 도달 하는 렌즈와 초점. 모래 아래 개체 이며 번역 단계에 넣어. 흩어져 빛을 분석기로 수집 됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig2.jpg"> 그림 2입니다. 하위 diffraction 제한 이미징. 원격 이미지 몇 미터의 거리에서 인쇄 된 텍사스 A & M 로고를 통해 레이저 빔을 스캔 하 여 생성 된. a) 로고 비 filamented 빔으로 몇 군데. b) filamented 빔으로 몇 군데 로고입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58207/58207fig3.jpg"> 그림 3입니다. 화학 지도입니다. 괴기 하 게 하 고 공간 해결 모래 아래에 묻혀 있는 금속 물체의 이미지. a) 모래 위에 개체입니다. b) 2.3 ± 0.3 m m의 모래 아래 개체입니다. c) 소재 금속 스펙트럼 기능에 색과 이미지. (Cu), 알루미늄 (Al), 구리 매장된 개체의 합성 이미지와 스테인레스 스틸 (SS)에 해당 하는 빨강, 녹색, 그리고 하늘색 색상 구성 요소 각각 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58207/58207fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

높은 강도의 펨 펄스 레이저 빛의 긴 거리는 강렬한 하위 millimeter 직경 빔 전파 커 자체 초점 및 플라즈마 defocusing의 사이클을 받을 수 있습니다. 우리는 생성 하 고이 필 라 멘이 트를 사용 하 여 원격 이미징 및 선형 광학의 고아 한 회절 한계를 넘어 감지를 수행 하는 기술을 설명 합니다.

하위 Diffraction 제한 이미징 및 원격 탐사에 사용 하기 위해 펨 레이저 필 라 멘 트

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

소콜로프 교수와 그의 팀을 소개하게 되어 기쁩니다. 그들은 실시간으로 탄두를 감지하기 위해 고출력 레이저를 사용하는 최초의 레이저였다. 즉, 나노 초에서 말하는 것입니다, 하지 몇 초.그런 다음 빛의 필라멘트화, 빛의 초점, 그리고 이러한 기술을 사용하여 표준 양자 한계를 넘어서는 방법에 대한 다른 문제에 대해 계속 노력했습니다. 우리는 고전적으로 견딜 수없는 거리에서 서브 회절 제한된 해상도를 달성하기 위해 펨토초 레이저 필라멘트를 사용하는 실험 프로토콜을 설명합니다. 레이저 필라멘트는 긴 전파 거리에서 고강도 및 하위 밀리미터 직경을 유지할 수 있습니다.이를 통해 향상된 해상도로 감지, 스캐닝, 이미징 분광법을 사용할 수 있습니다. 레이저 필라멘션은 대기와 물을 포함한 많은 매체에서 생성될 수 있다. 이 기술은 해양 광학 연구에 적응할 수 있습니다.레이저 필라멘션을 생성하는 것은 쉽지 않습니다. 한 가지 유용한 트릭은 필요한 강도를 달성하기 위해 펄스의 지저구를 조정하는 것입니다. 그래서 오늘 우리는 작은 섬유에 빛의 초점을 맞추고, 필라멘팅에 대한 실험을 볼 거야, 이것은 현재의 맥락에서 넣어, 우리가 실험으로 하고있는 것을 시각화하는 데 도움이 뭔가, 탄두를 감지에서 바다 광학을보고.광학 벤치에 장치를 설치하고 클래스 4 레이저에 대한 안전 예방 조치를 따르십시오. 필라멘트를 만들려면 펄스가 증폭된 펨토초 티타늄 사파이어 레이저를 사용하십시오. 레이저 빔을 아이리스를 통과하여 바깥쪽 가장자리를 약간 잘라내도록 합니다.레이저를 클리핑하여 야기되는 공간 강도 프로파일의 날카로운 그라데이션은 종자 필라멘트 형성을 하는 것으로 알려져 있다. 다음으로, 200cm 이상의 초점 길이로 수렴 렌즈를 통해 빔을 전달합니다. 전파 방향에 대하여 렌즈를 약간 기울임으로써 씨앗자체 초점에 도움이됩니다.렌즈의 기하학적 초점 후에 적절한 빔 덤프를 갖도록 준비합니다. 필라멘트를 관찰하려면 공기 중에서 자체 집중하기에 충분한 즉각적인 출력 전력으로 레이저를 작동합니다. 백서를 사용하여 렌즈의 기하학적 초점 근처에서 필라멘트레이션을 찾습니다.빔 경로에 있는 종이를 사용하여 약 100 마이크로미터의 깜박이는 밝은 코어를 둘러싼 몇 밀리미터의 확산 후광을 검색합니다. 필라멘트 너머에 더 많은 관찰을 하십시오. 거기에서, 밝고, 다색, 원적 방출 링은 공중에 있는 특징적인 자기 단계변조 과정의 결과입니다.여러 개의 밝은 반점이 여러 필라멘트가 있음을 나타냅니다. 밝은 반점을 제거하려면 홍채 앞에서 빔에 감쇠를 도입하십시오. 적절한 감쇠로 원추형 방출 패턴의 밝은 반점이 제거됩니다.레이저로 원격 스캐닝 테스트를 수행할 준비를 합니다. 빔 경로에 2축 전동 변환 단계를 확보하여 빔에 수직으로 변환합니다. 레이저 빔 필라멘트가 스테이지 중앙에 있는지 확인합니다.다음으로 시스템을 사용하여 스캔할 대상을 만듭니다. 용기를 얻고 바닥에 2 밀리미터의 모래를 놓습니다. 구리, 알루미늄 및 스테인리스 스틸 물체를 모래 층 위에 놓습니다.그런 다음 금속 위에 또 다른 2 밀리미터 의 모래 층을 놓습니다. 레이저를 끄면 필라멘션이 발생하는 번역 단계의 중앙에 컨테이너를 놓습니다. 데이터를 수집하려면 분광계 출력을 컴퓨터에 연결합니다.레이저가 단일 샷을 발사할 수 있도록 외부 트리거 및 컴퓨터 제어를 설정합니다. 다음으로 센서 장치를 설정합니다. 이 경우 분광계를 배치하여 번역 단계의 필라멘션 영향 지점에 입구지점을 배치합니다.렌즈를 사용하여 충격점에서 빛을 분광기에 결합합니다. 필라멘션이 발생하는 위치에서 렌즈를 1~2개의 초점 길이로 배치합니다. 소프트웨어로 레이저를 트리거하고 분광계에서 신호를 기록합니다.구리, 알루미늄 및 스테인레스 스틸의 배열은 약 2 밀리미터의 모래 아래에 가려져 있습니다. 설치에 의해 측정된 매장된 금속의 스펙트럼 특징은 녹색의 구리, 빨간색 알루미늄 및 시안의 스테인레스 스틸로 합성 이미지를 생성할 수 있게 합니다. 작고 인쇄된 텍사스 A&M 로고를 통해 스캔된 회절 제한에 비필라멘트 레이저 빔은 인식가능한 텍스트를 공개하지 않습니다.대조적으로, 로고 위에 스캔된 필라멘트 레이저 빔은 식별 가능한 요소로 이미지를 생성합니다. 펄스 에너지와 강도는 레이저 필라멘팅을 생성하는 데 매우 중요한 매개 변수입니다. 원격 분광법에서 레이저 필라멘션을 사용하면 원격 감지시 신호 대 잡음 비율이 증가할 수 있습니다.이 기술은 원격 감지에서 높은 스펙트럼 해상도를 달성하는 길을 열었습니다. 이 작업에 필요한 클래스 4 레이저는 위험합니다. 실험자는 개인 보호 장비를 착용하고 모든 안전 프로토콜을 따라야합니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

연구

공학

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

하이 온도 플라즈마 진단으로 사용하기 위해 X 선 영상 크리스탈 분광학 적용

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

드로잉과 Hydrophobicity 패턴화 오래입니다 실리콘 필 라 멘 트

Polydimethylsiloxane (PDMS) silicone is a versatile polymer that cannot readily be formed into long filaments. Traditional spinning methods fail because ...

Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth

유도 된 식물 성장을위한 로봇 감지 및 자극 제공

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, ...