UnikátníUltrarychlé laserDruhá část
Disperze a šíření pulsu: Rozptyl skupiny zpoždění
Jednou z nejobtížnějších technických výzev, s nimiž se při používání ultrarychlých laserů setkává, je udržování trvání ultrastřížových impulsů původně emitovaných pomocílaser. Ultrarychlé impulzy jsou velmi citlivé na zkreslení času, což prodlouží impulsy. Tento efekt se zhoršuje, když se trvání počátečního pulsu zkracuje. Zatímco ultrarychlé lasery mohou emitovat impulzy s trváním 50 sekund, mohou být v čase zesíleny pomocí zrcadel a čoček k přenosu pulsu do cílového umístění, nebo dokonce jen přenášet puls vzduchem.
Tentokrát je zkreslení kvantifikováno pomocí opatření zvaného skupinové zpožděné disperze (GDD), také známé jako disperze druhého řádu. Ve skutečnosti existují také disperzní termíny vyššího řádu, které mohou ovlivnit časové rozdělení pulzů ultrafart-laser, ale v praxi obvykle stačí pouze prozkoumat účinek GDD. GDD je hodnota závislá na frekvenci, která je lineárně úměrná tloušťce daného materiálu. Optika přenosu, jako je čočka, okno a objektivní komponenty, mají obvykle pozitivní hodnoty GDD, což naznačuje, že jakmile komprimované impulsy mohou poskytnout optiku přenosu delší dobu trvání pulsu než ty, které jsou emitoványLaserové systémy. Komponenty s nižšími frekvencemi (tj. Delší vlnové délky) se šíří rychleji než komponenty s vyššími frekvencemi (tj. Kratší vlnové délky). Jak puls prochází stále více a více hmoty, vlnová délka v pulsu se bude i nadále rozprostírat dále a dále v čase. U kratších trvání pulsů, a proto je tento účinek dále přehnaný a může mít za následek významné zkreslení doby pulsu.
Ultrarychlé laserové aplikace
spektroskopie
Od příchodu ultrarychlých laserových zdrojů byla spektroskopie jednou z jejich hlavních aplikačních oblastí. Tím, že zkrácení trvání pulsu na femtosekundy nebo dokonce na dotazy lze dosáhnout dynamických procesů ve fyzice, chemii a biologii, které nebylo možné pozorovat historicky nemožné. 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.
Bioimaging
Vrcholové ultrarychlé lasery na špičkové úrovni podporují nelineární procesy a zlepšují rozlišení pro biologické zobrazování, jako je multifotonová mikroskopie. V multifotonovém systému, aby se vytvořil nelineární signál z biologického média nebo fluorescenčního cíle, se musí dva fotony překrývat v prostoru a čase. Tento nelineární mechanismus zlepšuje rozlišení zobrazování významným snížením fluorescenčních signálů na pozadí, které morují studie o jednofhotonových procesech. Zjednodušené pozadí signálu je ilustrováno. Menší excitační oblast multipotonového mikroskopu také zabraňuje fototoxicitě a minimalizuje poškození vzorku.
Obrázek 1: Příklad diagramu dráhy paprsku v experimentu s multifotonovým mikroskopem
Zpracování laserového materiálu
Ultrarychlé laserové zdroje také revolucionizovaly laserové mikromachining a zpracování materiálu díky jedinečnému způsobu, jakým pulzy Ultrashort interagují s materiály. Jak již bylo zmíněno dříve, při diskusi o LDT je ultrarychlé trvání pulsu rychlejší než časové stupnice difúze tepla do mřížky materiálu. Ultrarychlé lasery produkují mnohem menší zónu zasaženou teplem nežNanosekundové pulzní laserycož má za následek nižší ztráty řezu a přesnější obrábění. Tento princip se vztahuje také na lékařské aplikace, kde zvýšená přesnost řezání ultrafart-laser pomáhá snižovat poškození okolní tkáně a zlepšuje zážitek pacienta během laserové operace.
Attosekundové pulzy: budoucnost ultrarychlých laserů
Vzhledem k tomu, že výzkum pokračuje v rozvíjení ultrarychlých laserů, vyvíjí se nové a vylepšené zdroje světla s kratším trváním pulsu. Pro získání nahlédnutí do rychlejších fyzických procesů se mnoho vědců zaměřuje na generování atosekundových impulsů-asi 10-18 s v extrémním rozsahu vlnových délek extrémního ultrafialu (XUV). Attosekundové impulsy umožňují sledování pohybu elektronů a zlepšují naše porozumění elektronické struktuře a kvantové mechanice. Zatímco integrace laserů XUV AttoseCond do průmyslových procesů musí ještě dosáhnout významného pokroku, probíhající výzkum a pokrok v terénu téměř jistě vytlačí tuto technologii z laboratoře a do výroby, jak tomu bylo v případě femtosekundu a picosecondLaserové zdroje.
Čas příspěvku:-25-2024