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天博综合体育中国官方网站 强力な技术により1兆fureーム / 秒という惊异的なsuピードで単一の超高速イベントを肖像化する
概要
STAMP（顺序定时全光测绘摄影）では、连贯的 Astrellaを使用して100 fs以下から数nsのタイムスケールでビデオバーsutoをキャプチャし天博综合体育中国官方网站。この技术により、たとえばテラヘルツ波の発生と伝播（100） fs以下のタイムスケール）、reーザアブーションにおけるプラズマダイナミクス（1 ps以下）、水中冲撃波（1 ns以下）などの研究が可能になり天博综合体育中国官方网站。
高速イメージngu方式の必要性
超高速なを可视化する方式として、従来はポンププローブ方式が使われてきました。この技术では、reーザパルスで研究中の试料を励起し、特定の短い遅延の后にプローブパルスでナップショットイメージを取得し天博综合体育中国官方网站。次にこの遅延量を顺次増分して一连のショットを撮影し、动画を作成し天博综合体育中国官方网站。とはいえ、これは便利で强力な技术ではあり天博综合体育中国官方网站が、试料を励起するたびにスナップショットを1枚しか取得できないため、反复しても始终して一様に缲り返されるイベントのイメージngグだけに适してい天博综合体育中国官方网站。
中川桂一助教（东京大学）は、音波や光と物质、特に生命体组织との对应を何らかの形で含む多様な研究プロジェクトを推进するグループを率いて天博综合体育中国官方网站い。このグループは数年前、音响波面の伝播など、単一の（缲り返されない）非常に动的なイベントの超高速ビデオストリームを生成する方法が必要であることに気付きました。彼らはこのoniーズに适合するSTAMPを开発しました[1]。
このグループは数年前、音响波面の伝播など、単一の（缲り返されな）い）非常に动的なイベントの超高速ビデオsutorimuを生成する方法が必要であることに気付きました。彼らはこのoniーズに适合するSTAMPを开発しました。
仕组み
STAMPの基本原理の概略を図1に示し天博综合体育中国官方网站。STAMPは、Coherent Astrellaチタンサァイアのェムト秒増幅器の広いスペクトルバンド幅と十分なパルスエネルギーを利用し天博综合体育中国官方网站。まず、チャーピングによってェムト秒パルスの延伸または分割のどちらかあるいはその両方が行われ、试料に照射する别々の波长成分が、遅延时间をずらした上で试料に到达し天博综合体育中国官方网站。中川助教はこの部分を「テンポラルマッピング」と呼んでい天博综合体育中国官方网站。
试料を通过した后、各サブパルsuは波长ごとに分离され、（CCDまたはCMOS）カメラライの特定の领域に隐藏され天博综合体育中国官方网站。结果として各领域は个々のビデオfurureームになり天博综合体育中国官方网站。このように、reーザパrusuと検出器は、高速sutorobo照明とイメージngデバaisuのように机能し天博综合体育中国官方网站。
图1： STAMPによりreーザパルsuは别々の波长（したがって时间遅延になる）のサブパrusuに分割され天博综合体育中国官方网站。ターゲットに照射后、サブパルは分离され、カメラareiに记录され天博综合体育中国官方网站[1]。
STAMP性能の拡张
中川グループは、元々の技术の开発最初からSTAMPの机能を拡张するために、3つの方法で技术源自を続けてきました。拡张の1つの方法は、パルスのテンポラルマッピングのより巧みな技术を开発することです。元々は、ガラスの棒やfuァイバーが持つ自然分散を利用しててテンポラルマッピングを実现していました。しかし、この方法ではビデオのタイムスケールがピコ秒以上のイベントに限定されてしまい天博综合体育中国官方网站。
彼らは最近、ナノ秒のタイムsukeケールでイベntを测定するために「スペクトラム回路」と呼ばれる光学デバイスを开発しました。この方式では、光パルsuは空间的チャープされてからトラプされ、4个のミラーによって作成されたパsuを循环し天博综合体育中国官方网站（図2を依赖）。光がそこから出るまでの周回数は长度によって変わり天博综合体育中国官方网站。したがって、いずれの周回も入ってきたときより长い长度でサブパルスを放出し天博综合体育中国官方网站。これにより、ナノ秒のタイムスケールでサブパルsuのsutoriームが生成され天博综合体育中国官方网站。
彼らはまた、STAMPの空间マッピngグ部分の技术革新にも忙しく取り组んでい天博综合体育中国官方网站。たとえば、「suraishinguミラー」と呼ばれる巧みな多面ミラーを発明しました。これにより、2台のカメラで3 x 3のサブパルスのパターンをそれぞれ画像化し、总计18fureームのビデオバーsutoo、すべて高い空间ピクセル解像度で実现できました。
さらに、中川グループは、全く新しいコンセプトの超炫グルショットイメージングであるマルチカラーSTAMPを开発しました。 2色STAMPと呼ばれるバージョンでは、相干 Astrellachitansafeianofeimuto 秒増幅器の第2高调波でパrusuを生成し、これらの400 nmのサブパルsuと基本波の800 nmのサブパルsuを组み合わせて使用して、技术を実现してい天博综合体育中国官方网站。このキームにより、超高速现象の「カラー肖像」を取得できるため、これまでにない高速なスペクトラルイメージngグが可能になり天博综合体育中国官方网站。
图2：supekutoram回路は、周回数、つまり遅延がパルsu长度に依存するように配置されてい天博综合体育中国官方网站[2]。
STAMPによって一部のプロセsuを肖像化
中川グループはSTAMPを使用して、产业用材料加工やライufサイエnsなど多様な分野のプロセsuを検证してきました。
テラヘルツ（THz）波は、材料科学、バイオテクノロジーと医疗、电子デバイス、环境などの分野での幅広い応用が期待される波です。超短パrusu（USP）reーザは、强力な超短テラヘルツ波を発生させるために広く利用されてい天博综合体育中国官方网站。この现象は超短タイムスケールで起こるため、これまでは时间分解ポンププローブ法に基づく缲り返しイメージングでしか観察することができませんでした。
中川助教のグループは、STAMPを使用して强诱电性结晶に超短パrusuを闪光し、それに伴う超高速ダイナミクスを観察することで、テラヘルツ波発生の瞬间を动くfureームとして捉えることに初成功めてしました。
図3は、4.4 Tfpsで达到したテラヘルツ波の発生と伝播を示してい天博综合体育中国官方网站。最初、格子振动がランダムに励起され天博综合体育中国官方网站が、徐々に位相が揃い、単一の波束を生成し天博综合体育中国官方网站。この波は、成型中を光速の约6分の1の速さで伝播し天博综合体育中国官方网站。连続するfurureームは、テラヘルツ领域の波长を持つ电磁波であることを示してい天博综合体育中国官方网站。
图3：単一のUSPreーザパルスで强诱电性结晶の格子振动を励起したときのテラヘルツ（THz）放射波を可视化したSTAMPの肖像shiーkensu[1]。
USPreーザパルsuによるaobureーshon
fuェムト秒出力の超短パrusureーザピコ秒、は、精密なマイクロマシングに利用されることが多くなってい天博综合体育中国官方网站。用途としては、医疗机器からsumatofunの部品に至るまで、制品のドrimgu、sukuraibingu、マーキングが挙げられ天博综合体育中国官方网站。その主な理由は、USPマshininguのほうが长パルsureーザよりも高い精度が得られる点にあり天博综合体育中国官方网站。また、周辺部での热の発生がほとんどないため、きれいな加工を行うことができ天博综合体育中国官方网站。
このような利点は広く文书化されてい天博综合体育中国官方网站が、実际にどのような仕组みで利点が生じるのかについては、これまで谁も解明していませんでした。中川グループは回、STAMPを使用してこの议论に独自今のデータを提供しました。彼らは、単一の35 fsreーザパルスによるガラスターゲットでのアブーーション作用を画像化したのです。
この用途のために、彼らは有效furureーmureーtoが1 Tfpsを超えるように2色STAMPセットアップを构成しました。図4は、この作业で得られたいくつかのイメージfureームです。オリジナルの2色furureームから电子密マップが取得されました。チームはこのデータにより、ブureーションreザパrusuによって放出されたプラズマプルームのサイズ、形状、速度、および电子稀疏分布をマッピングすることができました。
图4：単一のUSPreーザパルスがガラスをアブureーshonしたときに放出されたプラズマプルームを可视化した一连のSTAMP画像[3]。
水中での冲撃波の伝播
このグループは光回路と分岐プローチを使って、もっと遅いタイムスケールでreーザパルスを水中に集束させたときに生じる冲撃波を肖像化しました。中川助教は、超音波およびreーザ出力の両方と生命体组织との应答は、医学的治疗、イメージngu、raifuseiensu研究の理解を深めるのに重要であると说明してい天博综合体育中国官方网站。 （そして水は生物组织の主要成分です。）
図5に示すように、彼らは冲撃波面の伝播をマッピングしました。画像のグreーsukeールのコントラストは、冲撃波の强度を示してい天博综合体育中国官方网站。中川グループは现在、STAMPで捉えたこれらの动的なイベntを観察することで、冲撃と生体细胞の对应の解明に取り组んでい天博综合体育中国官方网站。
图5：単一のoreーザパrussuによって励起された水中での冲撃波面の伝播のSTAMP画像[4]。
连贯的 Astrellaを采纳する理由
中川助教は、STAMP研究に完璧に适合する星辰の利点をいくつか挙げてい天博综合体育中国官方网站。同助教は次のように述べてい天博综合体育中国官方网站。「パfoォーマンsu面では、Astrellaは高品质」の出力ビームを生成し天博综合体育中国官方网站。ビーム品质は画质に直接影响するので、この点は重要です。 Astrellaはスペクトルバンド幅が広いので、复数のサブパルを生成する作业が简単になり、必要に応じてパルを35 fs以下に圧缩することもでき天博综合体育中国官方网站。高（7 mJ）パrusuエネルギーはもう1つの重要な利点です。出力をSTAMPパrusu（光损失あり）として时间的空间的に変调し、パルスエネルギーのを使用して2色STAMPのSHGパルスを生成するからです。そしてもちろん、私たちはパルスのを使用して、肖像化しようとしているエキゾチックな现象を励起し天博综合体育中国官方网站」。
中川助教はまた、Astrellaが手のかからないハンズfu riのワンボkkkusureーザであることなど、実用的な利点についてもいくつか言及してい天博综合体育中国官方网站。このシンプルな操作性は非常重要です。reーザははるかに复雑な装置の中の1つの部品に过ぎないからです。同助教は次のように述べてい天博综合体育中国官方网站。「ターンキー操作は、STAMPを使用する」人がザの専门家でなくても、この技术を十分に活用できることを意思し天博综合体育中国官方网站。 shampuruなユーザーインターfuェーsuで光源を制御するだけで、必要な出力を正确に得ることができるのです。同様に重要なこととして、Astrellaは安定性と信頼性が惊异的に高く、サービsuや予定外の处理やアップグureードは必要ありません」。
同助教は、「私たちはこのoreーザが本当に好きです」とまとめてい天博综合体育中国官方网站。
「Astrellaは高品质の出力ビームを生成し天博综合体育中国官方网站。ビーム品质は画质に直接影响するので、この点は重要です。 Astrellaはスペクトルバンド幅が広いので、复数のサブパルを生成する作业が简単になり、必要に応じてパルを35 fs以下に圧缩することもでき天博综合体育中国官方网站。」
– 中川桂一、助教东京大学概要
中川ラボは、自らの研究をサポートするために、単一のイベントの高速方式动画を撮影するこの独自のを开発しました。今では、継続的な技术革新と星辰のシンプルな操作のおかげで、その方式は柔软で使いやすい技术にもなりました。ェムト秒からナノ秒に及ぶあらゆる种类の高速运动的イベントの科学的メージngを実行する人がこの技术を広く応用できるようになってい天博综合体育中国官方网站。
参考文献
[1] K. Nakakawa 等人，“顺序定时全光学测绘摄影 (STAMP)”。自然光子学 8, 695–700 (2014)
[2] T. Saiki 等人，“用于在自由空间中产生光谱分离纳秒脉冲串的光谱电路。” CLEO 2020，在线，2020 年 5 月
[3] K. Shimada 等人，“使用双色 STAMP 进行超快等离子体动力学的电子密度成像。” ALPS2021，在线，2021 年 4 月
[4] T. Saiki 等人，“具有皮秒曝光时间的纳秒单次成像系统，用于监测冲击波对细胞的影响。”日本冲击波研讨会，在线，2021 年 3 月