Uniclaser ultrarapidpartea a doua
Dispersie și răspândirea impulsurilor: Dispersie de întârziere de grup
Una dintre cele mai dificile provocări tehnice întâlnite la utilizarea laserelor ultrarapide este menținerea duratei impulsurilor ultrascurte emise inițial delaserImpulsurile ultrarapide sunt foarte susceptibile la distorsiunea temporală, ceea ce le face mai lungi. Acest efect se agravează pe măsură ce durata impulsului inițial se scurtează. Deși laserele ultrarapide pot emite impulsuri cu o durată de 50 de secunde, acestea pot fi amplificate în timp prin utilizarea oglinzilor și lentilelor pentru a transmite impulsul către locația țintă sau chiar prin transmiterea impulsului prin aer.
Această distorsiune temporală este cuantificată folosind o măsură numită dispersie întârziată de grup (GDD), cunoscută și sub denumirea de dispersie de ordinul doi. De fapt, există și termeni de dispersie de ordin superior care pot afecta distribuția temporală a impulsurilor laser ultra-rapide, dar în practică, este de obicei suficient să se examineze efectul GDD. GDD este o valoare dependentă de frecvență, liniar proporțională cu grosimea unui anumit material. Optica de transmisie, cum ar fi componentele lentilei, ferestrei și obiectivului, are de obicei valori GDD pozitive, ceea ce indică faptul că impulsurile odată comprimate pot da opticii de transmisie o durată a impulsului mai lungă decât cele emise desisteme laserComponentele cu frecvențe mai mici (adică lungimi de undă mai mari) se propagă mai repede decât componentele cu frecvențe mai mari (adică lungimi de undă mai scurte). Pe măsură ce impulsul trece prin tot mai multă materie, lungimea de undă din impuls va continua să se extindă din ce în ce mai mult în timp. Pentru durate mai scurte ale impulsurilor și, prin urmare, lățimi de bandă mai mari, acest efect este exagerat și mai mult și poate duce la o distorsiune semnificativă a timpului impulsului.
Aplicații laser ultrarapide
spectroscopie
De la apariția surselor laser ultrarapide, spectroscopia a fost unul dintre principalele lor domenii de aplicare. Prin reducerea duratei impulsului la femtosecunde sau chiar attosecunde, se pot realiza acum procese dinamice în fizică, chimie și biologie care, din punct de vedere istoric, erau imposibil de observat. Unul dintre procesele cheie este mișcarea atomică, iar observarea mișcării atomice a îmbunătățit înțelegerea științifică a proceselor fundamentale, cum ar fi vibrația moleculară, disocierea moleculară și transferul de energie în proteinele fotosintetice.
bioimagistică
Laserele ultrarapide cu putere maximă permit procese neliniare și îmbunătățesc rezoluția pentru imagistica biologică, cum ar fi microscopia multifotonică. Într-un sistem multifotonic, pentru a genera un semnal neliniar dintr-un mediu biologic sau o țintă fluorescentă, doi fotoni trebuie să se suprapună în spațiu și timp. Acest mecanism neliniar îmbunătățește rezoluția imagisticii prin reducerea semnificativă a semnalelor de fluorescență de fond care afectează studiile proceselor cu un singur foton. Este ilustrat fundalul simplificat al semnalului. Regiunea de excitație mai mică a microscopului multifotonic previne, de asemenea, fototoxicitatea și minimizează deteriorarea probei.
Figura 1: O diagramă exemplu a traiectoriei unui fascicul într-un experiment cu microscop multifotonic
Prelucrarea materialelor cu laser
Sursele laser ultrarapide au revoluționat, de asemenea, microprelucrarea cu laser și prelucrarea materialelor datorită modului unic în care impulsurile ultrascurte interacționează cu materialele. Așa cum am menționat anterior, când se discută despre LDT, durata impulsului ultrarapid este mai rapidă decât scara de timp a difuziei căldurii în rețeaua materialului. Laserele ultrarapide produc o zonă afectată termic mult mai mică decâtlasere pulsate de nanosecunde, rezultând pierderi mai mici la incizie și o prelucrare mai precisă. Acest principiu este aplicabil și în aplicațiile medicale, unde precizia sporită a tăierii cu laser ultraviolet ajută la reducerea deteriorării țesutului înconjurător și îmbunătățește experiența pacientului în timpul chirurgiei cu laser.
Impulsuri de atosecunde: viitorul laserelor ultrarapide
Pe măsură ce cercetările continuă să avanseze în domeniul laserelor ultrarapide, se dezvoltă surse de lumină noi și îmbunătățite, cu durate mai scurte ale impulsurilor. Pentru a înțelege mai bine procesele fizice mai rapide, mulți cercetători se concentrează pe generarea de impulsuri de atosecundă - aproximativ 10-18 s în gama de lungimi de undă ultraviolete extreme (XUV). Impulsurile de atosecundă permit urmărirea mișcării electronilor și îmbunătățesc înțelegerea noastră asupra structurii electronice și a mecanicii cuantice. Deși integrarea laserelor de atosecundă XUV în procesele industriale nu a făcut încă progrese semnificative, cercetările și progresele continue în domeniu vor împinge aproape sigur această tehnologie din laborator în producție, așa cum s-a întâmplat cu femtosecunda și picosecunda.surse laser.
Data publicării: 25 iunie 2024