Unikátníultrarychlý laserčást druhá
Disperzní a pulzní šíření: Skupinové zpoždění disperze
Jednou z nejobtížnějších technických výzev, s nimiž se setkáváme při používání ultrarychlých laserů, je zachování trvání ultrakrátkých pulzů původně emitovanýchlaser. Ultrarychlé pulsy jsou velmi náchylné na časové zkreslení, díky čemuž jsou pulsy delší. Tento účinek se zhoršuje, když se zkracuje doba trvání počátečního pulzu. Zatímco ultrarychlé lasery mohou vysílat pulsy s trváním 50 sekund, mohou být zesíleny v čase pomocí zrcadel a čoček k přenosu pulsu do cílového místa, nebo dokonce jen k přenosu pulsu vzduchem.
Toto časové zkreslení se kvantifikuje pomocí měření zvaného skupinově zpožděná disperze (GDD), známé také jako disperze druhého řádu. Ve skutečnosti existují také disperzní členy vyššího řádu, které mohou ovlivnit časové rozložení ultrafart-laserových pulsů, ale v praxi obvykle stačí pouze prozkoumat vliv GDD. GDD je frekvenčně závislá hodnota, která je lineárně úměrná tloušťce daného materiálu. Transmisní optika, jako jsou čočky, okénko a součásti objektivu, mají obvykle kladné hodnoty GDD, což znamená, že jednou komprimované pulsy mohou poskytnout přenosové optice delší trvání pulsů než ty, které vysílajílaserové systémy. Komponenty s nižšími frekvencemi (tj. delšími vlnovými délkami) se šíří rychleji než komponenty s vyššími frekvencemi (tj. kratšími vlnovými délkami). Jak puls prochází stále více hmotou, vlnová délka v pulsu se bude v čase dále a dále prodlužovat. Pro kratší trvání pulzu, a tedy širší šířku pásma, je tento efekt dále zveličený a může mít za následek výrazné zkreslení doby pulzu.
Ultrarychlé laserové aplikace
spektroskopie
Od příchodu ultrarychlých laserových zdrojů je spektroskopie jednou z jejich hlavních oblastí použití. Snížením doby trvání pulsu na femtosekundy nebo dokonce attosekundy lze nyní dosáhnout dynamických procesů ve fyzice, chemii a biologii, které bylo historicky nemožné pozorovat. Jedním z klíčových procesů je atomový pohyb a pozorování atomového pohybu zlepšilo vědecké chápání základních procesů, jako jsou molekulární vibrace, molekulární disociace a přenos energie ve fotosyntetických proteinech.
biozobrazování
Ultrarychlé lasery se špičkovým výkonem podporují nelineární procesy a zlepšují rozlišení pro biologické zobrazování, jako je multifotonová mikroskopie. V multi-fotonovém systému, aby se generoval nelineární signál z biologického média nebo fluorescenčního cíle, musí se dva fotony překrývat v prostoru a čase. Tento nelineární mechanismus zlepšuje rozlišení zobrazení výrazným snížením fluorescenčních signálů pozadí, které sužují studie jednofotonových procesů. Je znázorněno zjednodušené pozadí signálu. Menší excitační oblast multifotonového mikroskopu také zabraňuje fototoxicitě a minimalizuje poškození vzorku.
Obrázek 1: Ukázkové schéma dráhy paprsku v experimentu s vícefotonovým mikroskopem
Laserové zpracování materiálu
Ultrarychlé laserové zdroje také způsobily revoluci v laserovém mikroobrábění a zpracování materiálu díky jedinečnému způsobu interakce ultrakrátkých pulsů s materiály. Jak již bylo zmíněno dříve, při diskusi o LDT je trvání ultrarychlého pulsu rychlejší než časové měřítko difúze tepla do mřížky materiálu. Ultrarychlé lasery produkují mnohem menší tepelně ovlivněnou zónu nežnanosekundové pulzní lasery, což vede k nižším ztrátám v řezu a přesnějšímu obrábění. Tento princip je použitelný i pro lékařské aplikace, kde zvýšená přesnost řezání ultrafart-laserem pomáhá snížit poškození okolní tkáně a zlepšuje zážitek pacienta během laserové operace.
Attosekundové pulsy: budoucnost ultrarychlých laserů
Jak výzkum pokračuje ve vývoji ultrarychlých laserů, vyvíjejí se nové a vylepšené světelné zdroje s kratší dobou trvání pulsů. Pro získání vhledu do rychlejších fyzikálních procesů se mnoho výzkumníků zaměřuje na generování attosekundových pulzů – asi 10-18 s v extrémním ultrafialovém (XUV) rozsahu vlnových délek. Attosekundové pulsy umožňují sledování pohybu elektronů a zlepšují naše chápání elektronické struktury a kvantové mechaniky. Zatímco integrace attosekundových laserů XUV do průmyslových procesů ještě neudělala významný pokrok, pokračující výzkum a pokrok v této oblasti téměř jistě vytlačí tuto technologii z laboratoře do výroby, jako tomu bylo v případě femtosekund a pikosekund.laserové zdroje.
Čas odeslání: 25. června 2024