Jedinečnýultra rýchly laserDruhá časť
Rozptyl a šírenie impulzov: Rozptyl skupinového oneskorenia
Jednou z najťažších technických výziev, s ktorými sa vyskytuje pri používaní ultrarýchle laserov, je udržiavanie trvania ultra-šortových impulzov pôvodne emitovaných pomocoulaser. Ultra rýchly impulzy sú veľmi citlivé na časové skreslenie, čo impulzy predlžujú dlhšie. Tento efekt sa zhoršuje, keď trvanie počiatočných impulzov skracuje. Zatiaľ čo ultra rýchly lasery môžu emitovať impulzy s trvaním 50 sekúnd, môžu sa včas zosilniť pomocou zrkadiel a šošoviek na prenos impulzu na cieľové miesto alebo dokonca iba prenášať impulz vzduchom.
Toto časové skreslenie je kvantifikované pomocou opatrenia nazývaného oneskorená disperzia skupiny (GDD), známa tiež ako disperzia druhého poriadku. V skutočnosti existujú aj disperzné výrazy vyššieho poriadku, ktoré môžu ovplyvniť časové rozdelenie ultrafartových laserových impulzov, ale v praxi je zvyčajne dostatočné len na preskúmanie účinku GDD. GDD je hodnota závislá od frekvencie, ktorá je lineárne úmerná hrúbke daného materiálu. Optika prenosu, ako je objektív, okno a objektívne komponenty, majú zvyčajne kladné hodnoty GDD, čo naznačuje, že akonáhle komprimované impulzy môžu poskytnúť prenosovú optiku dlhšie trvanie impulzov ako tie, ktoré emitovalilaserové systémy. Komponenty s nižšími frekvenciami (tj dlhšie vlnové dĺžky) sa šíria rýchlejšie ako komponenty s vyššími frekvenciami (tj kratšie vlnové dĺžky). Keď impulz prechádza stále viac a viac hmoty, vlnová dĺžka v impulze sa bude naďalej rozširovať ďalej a ďalej v čase. Pre kratšie trvanie impulzov, a teda širšie šírky pásma, je tento účinok ďalej prehnaný a môže mať za následok významné skreslenie času impulzu.
Ultrardelné laserové aplikácie
spektroskopia
Od príchodu ultrarýchle laserových zdrojov bola spektroskopia jednou z ich hlavných oblastí aplikácie. Znížením trvania impulzov na femtosekundy alebo dokonca atrasekúnd je teraz možné 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.
biologický obraz
Ultrarýchle lasery z vrcholu podporujú nelineárne procesy a zlepšujú rozlíšenie biologického zobrazovania, ako je multifotónová mikroskopia. V multifotónovom systéme, aby sa vytvoril nelineárny signál z biologického média alebo fluorescenčného cieľa, musia sa dve fotóny prekrývať v priestore a čase. Tento nelineárny mechanizmus zlepšuje rozlíšenie zobrazovania výrazným znížením fluorescenčných signálov pozadia, ktoré trápia štúdie procesov s jedným fotónom. Zjednodušené pozadie signálu je znázornené. Menšia excitačná oblasť viacshotónového mikroskopu tiež zabraňuje fototoxicite a minimalizuje poškodenie vzorky.
Obrázok 1: Príkladový diagram dráhy lúča v experimente s viacerými fotónovými mikroskopmi
Spracovanie laserového materiálu
Ultrarýchle laserové zdroje tiež revolúciou laserového mikromachinovania a spracovania materiálov v dôsledku jedinečného spôsobu, akým ultrashort pulzy interagujú s materiálmi. Ako už bolo spomenuté, pri diskusii o LDT je trvanie ultra rýchlejšieho impulzu rýchlejšie ako časová stupnica difúzie tepla do mriežky materiálu. Ultra rýchly lasery produkujú oveľa menšiu zónu postihnutú tepelne akonanosekundové pulzné lasery, čo vedie k nižším stratám rezu a presnejšiemu obrábaniu. Tento princíp sa uplatňuje aj na lekárske aplikácie, kde zvýšená presnosť ultrafartového laserového rezania pomáha znižovať poškodenie okolitého tkaniva a zlepšuje skúsenosti pacientov počas laserovej operácie.
Attosekundové impulzy: Budúcnosť ultra rýchlych laserov
Keďže výskum pokračuje v rozvíjaní ultrarýchle laserov, vyvíjajú sa nové a vylepšené zdroje svetla s kratšími trvaniami impulzov. Aby sa získal prehľad o rýchlejších fyzikálnych procesoch, mnohí vedci sa zameriavajú na generovanie attosekundových impulzov-asi 10-18 s v extrémnom rozmedzí vlnových dĺžiek (XUV). Attosekundové impulzy umožňujú sledovanie pohybu elektrónov a zlepšiť naše chápanie elektronickej štruktúry a kvantovej mechaniky. Zatiaľ čo integrácia XUV AttoseCond laserov do priemyselných procesov ešte musí dosiahnuť výrazný pokrok, prebiehajúci výskum a pokrok v tejto oblasti takmer určite vytlačí túto technológiu z laboratória a do výroby, ako tomu bolo v prípade femtosekundových a picosekundovýchlaserové zdroje.
Čas príspevku: jún-25-2024