Uniclaser ultrarapidpartea a doua
Dispersia și răspândirea pulsului: dispersie întârziată de grup
Una dintre cele mai dificile provocări tehnice întâlnite la utilizarea laserelor ultrarapide este menținerea duratei impulsurilor ultra-scurte emise inițial de cătrelaser. Impulsurile ultrarapide sunt foarte susceptibile la denaturarea timpului, ceea ce face ca impulsurile să fie mai lungi. Acest efect se înrăutățește pe măsură ce durata pulsului inițial se scurtează. În timp ce laserele ultrarapide pot emite impulsuri cu o durată de 50 de secunde, ele pot fi amplificate în timp folosind oglinzi și lentile pentru a transmite pulsul la locația țintă sau chiar transmite pulsul prin aer.
Această distorsiune a timpului este cuantificată folosind o măsură numită dispersie întârziată de grup (GDD), cunoscută și sub numele de dispersie de ordinul doi. De fapt, există și termeni de dispersie de ordin superior care pot afecta distribuția în timp a impulsurilor laser ultrafart, dar, în practică, este de obicei suficient doar să examinăm efectul GDD. GDD este o valoare dependentă de frecvență care este liniar proporțională cu grosimea unui material dat. Optica de transmisie, cum ar fi lentilele, fereastra și componentele obiectivului au, de obicei, valori pozitive GDD, ceea ce indică faptul că impulsurile odată comprimate pot oferi opticii de transmisie o durată mai mare a impulsului decât cele emise desisteme laser. Componentele cu frecvențe mai mici (de exemplu, lungimi de undă mai mari) se propagă mai repede decât componentele cu frecvențe mai mari (adică, lungimi de undă mai scurte). Pe măsură ce pulsul trece prin tot 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 impulsurilor și, prin urmare, lățimi de bandă mai largi, acest efect este și mai mult exagerat și poate duce la o distorsiune semnificativă a timpului de impuls.
Aplicații laser ultrarapide
spectroscopie
De la apariția surselor laser ultrarapide, spectroscopia a fost una dintre principalele lor domenii de aplicare. Prin reducerea duratei pulsului la femtosecunde sau chiar attosecunde, procesele dinamice din fizică, chimie și biologie care au fost istoric imposibil de observat pot fi acum realizate. 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 de vârf susțin procese neliniare și îmbunătățesc rezoluția pentru imagistica biologică, cum ar fi microscopia multifotonă. Într-un sistem multi-fotoni, pentru a genera un semnal neliniar dintr-un mediu biologic sau țintă fluorescentă, doi fotoni trebuie să se suprapună în spațiu și timp. Acest mecanism neliniar îmbunătățește rezoluția imaginii 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: Un exemplu de diagramă a unui traseu al fasciculului într-un experiment cu microscop cu mai mulți fotoni
Prelucrarea materialului 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. După cum am menționat mai devreme, când discutăm despre LDT, durata impulsului ultrarapid este mai rapidă decât scala de timp a difuzării căldurii în rețeaua materialului. Laserele ultrarapide produc o zonă mult mai mică afectată de căldură decâtlasere pulsate în nanosecunde, rezultând pierderi mai mici prin incizie și prelucrare mai precisă. Acest principiu este aplicabil și aplicațiilor medicale, în care precizia crescută a tăierii cu laser ultrafart ajută la reducerea daunelor țesutului înconjurător și îmbunătățește experiența pacientului în timpul operației cu laser.
Pulsuri de attosecundă: viitorul laserelor ultrarapide
Pe măsură ce cercetarea continuă să avanseze laserele ultrarapide, sunt dezvoltate surse de lumină noi și îmbunătățite, cu durate de impuls mai scurte. Pentru a obține o perspectivă asupra proceselor fizice mai rapide, mulți cercetători se concentrează pe generarea de impulsuri de attosecundă - aproximativ 10-18 s în intervalul de lungimi de undă ultraviolete extreme (XUV). Pulsurile de attosecundă permit urmărirea mișcării electronilor și ne îmbunătățesc înțelegerea structurii electronice și a mecanicii cuantice. În timp ce integrarea laserelor de attosecundă XUV în procesele industriale nu a făcut încă progrese semnificative, cercetările și progresele în curs în domeniu vor împinge aproape sigur această tehnologie din laborator și în producție, așa cum a fost cazul femtosecundei și picosecundei.surse laser.
Ora postării: 25-jun-2024