Jedinečnýultrarýchly laserčasť druhá
Disperzia a šírenie impulzov: Disperzia skupinového oneskorenia
Jednou z najťažších technických výziev, s ktorými sa stretávame pri používaní ultrarýchlych laserov, je udržanie trvania ultrakrátkych impulzov pôvodne vyžarovanýchlaser. Ultrarýchle impulzy sú veľmi náchylné na časové skreslenie, vďaka čomu sú impulzy dlhšie. Tento účinok sa zhoršuje, keď sa dĺžka počiatočného pulzu skracuje. Zatiaľ čo ultrarýchle lasery môžu vyžarovať impulzy s trvaním 50 sekúnd, môžu byť zosilnené v čase pomocou zrkadiel a šošoviek na prenos impulzu do cieľového miesta alebo dokonca len na prenos impulzu vzduchom.
Toto časové skreslenie sa kvantifikuje pomocou miery nazývanej skupinová oneskorená disperzia (GDD), ktorá je tiež známa ako disperzia druhého rádu. V skutočnosti existujú aj disperzné členy vyššieho rádu, ktoré môžu ovplyvniť časové rozloženie ultrafart-laserových impulzov, ale v praxi zvyčajne stačí len preskúmať účinok GDD. GDD je frekvenčne závislá hodnota, ktorá je lineárne úmerná hrúbke daného materiálu. Prenosová optika, ako sú šošovky, okienka a súčasti objektívu, majú zvyčajne kladné hodnoty GDD, čo naznačuje, že raz stlačené impulzy môžu poskytnúť prenosovej optike dlhšie trvanie impulzov ako impulzy vyžarovanélaserové systémy. Komponenty s nižšími frekvenciami (tj dlhšími vlnovými dĺžkami) sa šíria rýchlejšie ako komponenty s vyššími frekvenciami (tj kratšími vlnovými dĺžkami). Ako impulz prechádza stále väčšou a väčšou hmotou, vlnová dĺžka v impulze sa bude v čase ďalej a ďalej predlžovať. Pre kratšie trvanie impulzov, a teda širšiu šírku pásma, je tento efekt ešte prehnaný a môže viesť k výraznému skresleniu času impulzu.
Ultrarýchle laserové aplikácie
spektroskopia
Od nástupu ultrarýchlych laserových zdrojov je spektroskopia jednou z ich hlavných oblastí použitia. Skrátením trvania pulzu na femtosekundy alebo dokonca attosekundy možno teraz dosiahnuť dynamické procesy vo fyzike, chémii a biológii, ktoré bolo historicky nemožné pozorovať. Jedným z kľúčových procesov je atómový pohyb a pozorovanie atómového pohybu zlepšilo vedecké chápanie základných procesov, ako sú molekulárne vibrácie, molekulárna disociácia a prenos energie vo fotosyntetických proteínoch.
biozobrazovanie
Ultrarýchle lasery so špičkovým výkonom podporujú nelineárne procesy a zlepšujú rozlíšenie pre biologické zobrazovanie, ako je napríklad multifotónová mikroskopia. V multifotónovom systéme, aby sa generoval nelineárny signál z biologického média alebo fluorescenčného cieľa, musia sa dva fotóny prekrývať v priestore a čase. Tento nelineárny mechanizmus zlepšuje rozlíšenie zobrazovania výrazným znížením fluorescenčných signálov na pozadí, ktoré trápia štúdie jednofotónových procesov. Je znázornené zjednodušené pozadie signálu. Menšia excitačná oblasť multifotónového mikroskopu tiež zabraňuje fototoxicite a minimalizuje poškodenie vzorky.
Obrázok 1: Príklad diagramu dráhy lúča v experimente s multifotónovým mikroskopom
Laserové spracovanie materiálu
Ultrarýchle laserové zdroje tiež spôsobili revolúciu v laserovom mikroobrábaní a spracovaní materiálu vďaka jedinečnému spôsobu interakcie ultrakrátkych impulzov s materiálmi. Ako už bolo spomenuté, pri diskusii o LDT je trvanie ultrarýchleho impulzu rýchlejšie ako časový rozsah difúzie tepla do mriežky materiálu. Ultrarýchle lasery produkujú oveľa menšiu tepelne ovplyvnenú zónu akonanosekundové pulzné lasery, čo vedie k nižším stratám v reze a presnejšiemu obrábaniu. Tento princíp je použiteľný aj v medicínskych aplikáciách, kde zvýšená presnosť rezania ultrafart-laserom pomáha znižovať poškodenie okolitého tkaniva a zlepšuje zážitok pacienta počas laserovej operácie.
Attosekundové impulzy: budúcnosť ultrarýchlych laserov
Keďže výskum pokračuje v napredovaní ultrarýchlych laserov, vyvíjajú sa nové a vylepšené svetelné zdroje s kratším trvaním impulzov. Na získanie prehľadu o rýchlejších fyzikálnych procesoch sa mnohí výskumníci zameriavajú na generovanie attosekundových impulzov - asi 10-18 s v extrémnom ultrafialovom (XUV) rozsahu vlnových dĺžok. Attosekundové impulzy umožňujú sledovanie pohybu elektrónov a zlepšujú naše chápanie elektronickej štruktúry a kvantovej mechaniky. Zatiaľ čo integrácia attosekundových laserov XUV do priemyselných procesov ešte neurobila významný pokrok, pokračujúci výskum a pokrok v tejto oblasti takmer určite vytlačí túto technológiu z laboratória do výroby, ako to bolo v prípade femtosekundy a pikosekundy.laserové zdroje.
Čas odoslania: 25. júna 2024