Unikátníultrarychlý laserdruhá část
Disperze a šíření pulzů: Disperze skupinového zpoždění
Jednou z nejobtížnějších technických výzev, se kterými se setkáváme při používání ultrarychlých laserů, je udržení doby trvání ultrakrátkých pulzů, které laser zpočátku vyzařuje.laserUltrarychlé pulsy jsou velmi náchylné k časovému zkreslení, které je prodlužuje. Tento efekt se zhoršuje s zkracující se dobou trvání počátečního pulsu. Ultrarychlé lasery sice mohou vysílat pulsy s délkou trvání 50 sekund, ale lze je časově zesílit pomocí zrcadel a čoček k přenesení pulsu do cílového místa, nebo dokonce pouze přenášet puls vzduchem.
Toto časové zkreslení se kvantifikuje pomocí míry zvané skupinová zpožděná disperze (GDD), známé také jako disperze druhého řádu. Ve skutečnosti existují i disperzní členy vyššího řádu, které mohou ovlivnit časové rozložení pulzů ultrafartového laseru, ale v praxi obvykle stačí pouze zkoumat vliv GDD. GDD je frekvenčně závislá hodnota, která je lineárně úměrná tloušťce daného materiálu. Propustná optika, jako jsou čočky, okénka a objektivy, má obvykle kladné hodnoty GDD, což naznačuje, že po kompresi pulzů může propustná optika dosáhnout delší doby trvání pulzu než pulz emitovaný...laserové systémySložky s nižšími frekvencemi (tj. delšími vlnovými délkami) se šíří rychleji než složky s vyššími frekvencemi (tj. kratšími vlnovými délkami). Jak puls prochází stále větším množstvím hmoty, vlnová délka v pulsu se bude v čase dále a dále prodlužovat. Při kratších trváních pulsu, a tedy i širších šířkách pásma, je tento efekt dále zesílen a může vést k významnému zkreslení času pulsu.
Ultrarychlé laserové aplikace
spektroskopie
Od objevení ultrarychlých laserových zdrojů je spektroskopie jednou z jejich hlavních oblastí použití. Zkrácením doby trvání pulzu 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 s maximálním výkonem podporují nelineární procesy a zlepšují rozlišení pro biologické zobrazování, jako je multifotonová mikroskopie. V multifotonovém systému se musí pro generování nelineárního signálu z biologického média nebo fluorescenčního cíle dva fotony překrývat v prostoru a čase. Tento nelineární mechanismus zlepšuje rozlišení obrazu tím, že výrazně snižuje signály fluorescence pozadí, které ztěžují studium procesů s jedním fotonem. Je znázorněno zjednodušené pozadí signálu. Menší excitační oblast multifotonového mikroskopu také zabraňuje fototoxicitě a minimalizuje poškození vzorku.
Obrázek 1: Příklad diagramu dráhy paprsku v experimentu s multifotonovým mikroskopem
Laserové zpracování materiálů
Ultrarychlé laserové zdroje také způsobily revoluci v laserovém mikroobrábění a zpracování materiálů díky jedinečnému způsobu, jakým ultrakrátké pulzy interagují s materiály. Jak již bylo zmíněno, při diskusi o LDT je délka ultrarychlého pulzu rychlejší než časové měřítko difúze tepla do mřížky materiálu. Ultrarychlé lasery produkují mnohem menší tepelně ovlivněnou zónu než...nanosekundové pulzní lasery, což vede k nižším ztrátám v řezu a přesnějšímu obrábění. Tento princip je použitelný i v lékařských aplikacích, kde zvýšená přesnost řezání ultrafartovým laserem pomáhá snížit poškození okolní tkáně a zlepšuje zkušenosti pacienta během laserové operace.
Atosekundové pulzy: budoucnost ultrarychlých laserů
S pokračujícím vývojem ultrarychlých laserů se vyvíjejí nové a vylepšené světelné zdroje s kratší dobou trvání pulzů. Aby získali vhled do rychlejšího fyzikálního procesu, mnoho výzkumníků se zaměřuje na generování attosekundových pulzů – přibližně 10-18 s v extrémním ultrafialovém (XUV) vlnovém rozsahu. Attosekundové pulzy umožňují sledování pohybu elektronů a zlepšují naše chápání elektronické struktury a kvantové mechaniky. I když integrace XUV attosekundových laserů do průmyslových procesů dosud nedosáhla významného pokroku, probíhající výzkum a pokrok v této oblasti téměř jistě tuto technologii vytlačí z laboratoří do výroby, jak tomu bylo v případě femtosekundových a pikosekundových laserů.laserové zdroje.
Čas zveřejnění: 25. června 2024