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【JIOHS】基于微镜阵列的数字全息高速飞秒脉冲可编程整形技术

来源:武汉光电国家研究中心    作者:    发布时间:2018年11月27日

创新光学健康科学杂志

JIOHS

《Journal of Innovative Optical Health Sciences》期刊近日发表了香港中文大学(Chinese University of Hong Kong)精密仪器与自动化系陈世祈教授课题组撰写的有关基于微镜阵列的数字全息高速飞秒脉冲可编程整形技术的论文,该成果在世界上首次开展了数字全息技术在超快激光整形领域中的应用研究,该技术可能在生物荧光成像和生物光子学中发挥重要作用。

Arbitrary amplitude femtosecond pulse shaping via a digital micromirror device

Chenglin Gu, Dapeng Zhang, Yina Chang and Shih-Chi Chen

https://doi.org/10.1142/S1793545818400023

 

 

 

研究背景

 

近十几年来,超快激光技术被广泛应用于包括生命科学,化学,物理学等许多科学领域中。对超快激光特征的快速识别和操作对于其有效应用有着直接影响。激光整形技术就是对激光进行特征识别和实时操作的一项重要激光领域内的技术。主要包括激光空间光束整形和时域脉冲整形技术。激光空间整形技术应用于包括获得2014年诺贝尔化学奖的超分辨荧光显微技术(STED)以及2018年获得诺贝尔物理学奖的 “光镊”等技术中。激光时域脉冲整形技术被应用于光化学反应,量子态的操控等等技术领域中。对激光的有效控制能够发挥其在不同应用中无与伦比的潜力。

 

香港中文大学(CUHK)机械与自动化系陈世祈教授课题组首次将数字全息术应用于激光整形。在以往的研究中,基于数字全息光束整形技术,他们实现了第一台无机械扫描的双光子荧光显微镜和时域脉冲聚焦荧光显微镜。在本论文中,他们将该数字全息整形技术进一步拓展应用于脉冲时域强度任意整形。利用实时探测和闭环反馈系统,实现了帧速达到4.2 kHz的超快任意波形整形系统。该项技术有望在主动生物荧光显微镜和主动生物光子动力学中发挥重要作用。
 


内容简介

  

本文阐述了香港中文大学(Chinese University of Hong Kong) 机械与自动化系陈世祈教授数字全息脉冲整形技术:基于微镜阵列,利用数字全息脉冲整形技术,实现了帧速达到4.2kHz的超快任意波形整形系统

 

 

图文导读


图1. 高速数字脉冲整形装置

M1-M2: high-reflection mirrors; BS: beam splitter; CL: cylindrical lens; DMD: digital micromirror device

图2. 闭环脉冲光谱实时监测反馈整形系统

图3. (a,b)整形前的脉冲时域自相关和光谱;(c,d)方波光谱整形后的脉冲时域自相关和光谱
 

图4. 脉冲光谱整形和加载的数字全息图案;(a-d)分别为锯齿波,三角波,双脉冲,指数型光谱整形
 

PI简介



陈世祈,香港中文大学机械与自动化学系副教授,1999年于国立台湾清华大学动力机械工程学系获学士学位。2003年及2007年于美国麻省理工学院机械工程学系获得硕士和博士学位。2007年-2009年为麻省理工学院以及哈佛大学医学院、麻州总医院 (Wellman Center for Photomedicine) 合聘的研究员。2011年加入中文大学后,主要从事超快激光应用,生物光子学,精密机械设计和自动控制的研究。陈世祈博士的研究团队共获得16项美国专利,2003及2018美国R&D 100发明大奖,以及会议及期刊论文80余篇。陈世祈博士现是美国光学学会 (OSA),美国精密工程学会(ASPE),国际光学学会 (SPIE)的会员。