UnicLaser ultrarapastPartea a doua
Dispersie și răspândire a impulsurilor: dispersia de întârziere a grupului
Una dintre cele mai dificile provocări tehnice întâmpinate atunci când se utilizează lasere ultrarapente este menținerea duratei impulsurilor ultra-scurte emise inițial delaser. Impulsurile ultrarapele sunt foarte sensibile la distorsiunea timpului, ceea ce face ca impulsurile să fie mai lungi. Acest efect se agravează pe măsură ce durata pulsului inițial se scurtează. În timp ce laserele ultrarapele pot emite impulsuri cu o durată de 50 de secunde, acestea pot fi amplificate în timp folosind oglinzi și lentile pentru a transmite pulsul către locația țintă sau chiar transmite doar pulsul prin aer.
Acest timp distorsionarea este cuantificat folosind o măsură numită grup de dispersie întârziată (GDD), cunoscută și sub denumirea de dispersie de ordinul doi. De fapt, există, de asemenea, termeni de dispersie de ordin superior care pot afecta distribuția timpului a impulsurilor cu laser ultrafart, dar, în practică, este de obicei suficient doar pentru a examina efectul GDD. GDD este o valoare dependentă de frecvență, care este liniar proporțională cu grosimea unui material dat. Optica de transmisie, cum ar fi lentila, fereastra și componentele obiective, de obicei, au valori pozitive ale GDD, ceea ce indică faptul că, odată ce impulsurile comprimate pot oferi opticii de transmisie o durată mai lungă de impuls decât cele emise deSisteme laser. Componentele cu frecvențe mai mici (adică, lungimi de undă mai lungi) se propagă mai repede decât componentele cu frecvențe mai mari (adică, lungimi de undă mai scurte). Pe măsură ce pulsul trece din ce în ce mai multă materie, lungimea de undă a pulsului va continua să se extindă din ce în ce mai mult în timp. Pentru durate mai scurte ale pulsului și, prin urmare, lățimi de bandă mai largi, acest efect este exagerat în continuare și poate duce la o denaturare semnificativă a timpului pulsului.
Aplicații cu laser ultrarapast
spectroscopie
De la apariția unor surse laser ultrarapele, spectroscopia a fost una dintre principalele lor zone de aplicare. Prin reducerea duratei pulsului la femtosecunde sau chiar la atosecunde, procese dinamice în fizică, chimie și biologie care au fost istoric imposibil de observat pot fi realizate acum. Unul dintre procesele cheie este mișcarea atomică, iar observarea mișcării atomice a îmbunătățit înțelegerea științifică a proceselor fundamentale, cum ar fi vibrațiile moleculare, disocierea moleculară și transferul de energie în proteinele fotosintetice.
bioimagistică
Laserele ultrarapele de vârf susțin procesele neliniare și îmbunătățesc rezoluția pentru imagistica biologică, cum ar fi microscopia cu mai multe foton. Într-un sistem cu mai multe foton, pentru a genera un semnal neliniar de la o țintă biologică sau fluorescentă, doi fotoni trebuie să se suprapună în spațiu și timp. Acest mecanism neliniar îmbunătățește rezoluția imagistică prin reducerea semnificativă a semnalelor de fluorescență de fundal care sunt studiile de ciumă asupra proceselor cu un singur fotoni. Fundalul semnalului simplificat este ilustrat. Regiunea de excitație mai mică a microscopului multiphoton împiedică, de asemenea, fototoxicitatea și minimizează deteriorarea eșantionului.
Figura 1: O diagramă de exemplu a unei căi de fascicul într-un experiment cu microscop cu mai multe foton
Prelucrarea materialelor cu laser
Surse laser ultrarapast au revoluționat, de asemenea, micromachinarea laser și procesarea materialelor datorită modului unic prin care impulsurile ultrashort interacționează cu materialele. Așa cum am menționat anterior, atunci când discutăm despre LDT, durata pulsului ultrarapast este mai rapidă decât scala de timp a difuziei căldurii în rețeaua materialului. Laserele ultrarapele produc o zonă mult mai mică afectată de căldură decâtLasere pulsate nanosecunde, rezultând pierderi de incizie mai mici și prelucrări mai precise. Acest principiu se aplică și aplicațiilor medicale, unde precizia crescută a tăierii cu laser ultrafart ajută la reducerea deteriorării țesutului înconjurător și îmbunătățește experiența pacientului în timpul chirurgiei cu laser.
ATOSECOND PULSES: Viitorul laserelor ultrarapete
Pe măsură ce cercetările continuă să avanseze lasere ultrarapele, sunt dezvoltate surse de lumină noi și îmbunătățite, cu durate mai scurte de impulsuri. Pentru a obține o perspectivă asupra proceselor fizice mai rapide, mulți cercetători se concentrează pe generarea de impulsuri de atosecundă-aproximativ 10-18 s în intervalul de undă ultraviolet extrem (XUV). Impulsurile de atosecundă permit urmărirea mișcării electronilor și îmbunătățesc înțelegerea noastră despre structura electronică și mecanica cuantică. În timp ce integrarea laserelor XUV ATOSECOND în procesele industriale încă nu a înregistrat progrese semnificative, cercetările și progresele în curs de desfășurare în domeniu vor împinge aproape sigur această tehnologie din laborator și în fabricație, așa cum s -a întâmplat în cazul femtosecondului și PicosecondSurse laser.
Timpul post: 25-2024 iunie