Jedinečnýultrarýchly laserdruhá časť
Disperzia a rozptyl impulzov: Disperzia skupinového oneskorenia
Jednou z najťažších technických výziev pri používaní ultrarýchlych laserov je udržanie trvania ultrakrátkych impulzov, ktoré laser spočiatku vysiela.laserUltrarýchle impulzy sú veľmi náchylné na časové skreslenie, ktoré ich predlžuje. Tento efekt sa zhoršuje so skracovaním trvania počiatočného impulzu. Zatiaľ čo ultrarýchle lasery dokážu vyžarovať impulzy s trvaním 50 sekúnd, dajú sa časovo zosilniť pomocou zrkadiel a šošoviek na prenos impulzu do cieľového miesta, alebo dokonca len prenosom impulzu vzduchom.
Toto časové skreslenie sa kvantifikuje pomocou miery nazývanej skupinová oneskorená disperzia (GDD), známa aj ako disperzia druhého rádu. V skutočnosti existujú aj disperzné členy vyššieho rádu, ktoré môžu ovplyvniť časové rozloženie impulzov ultrafartového laseru, ale v praxi zvyčajne stačí preskúmať len vplyv GDD. GDD je frekvenčne závislá hodnota, ktorá je lineárne úmerná hrúbke daného materiálu. Transmisná optika, ako sú šošovky, okienka a objektívy, má zvyčajne kladné hodnoty GDD, čo naznačuje, že po stlačení impulzov môže transmisná optika mať dlhšie trvanie impulzu ako tie, ktoré emituje...laserové systémyZložky s nižšími frekvenciami (t. j. dlhšími vlnovými dĺžkami) sa šíria rýchlejšie ako zložky s vyššími frekvenciami (t. j. kratšími vlnovými dĺžkami). Ako impulz prechádza cez stále viac a viac hmoty, vlnová dĺžka v impulze sa bude v čase stále viac a viac predlžovať. Pri kratších trvaniach impulzov, a teda aj pri širších šírkach pásma, je tento efekt ešte viac zvýraznený a môže viesť k významnému skresleniu času impulzu.
Ultrarýchle laserové aplikácie
spektroskopia
Od objavenia sa ultrarýchlych laserových zdrojov je spektroskopia jednou z ich hlavných oblastí použitia. Skrátením trvania impulzu na femtosekundy alebo dokonca atosekundy 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.
biozobrazovanie
Ultrarýchle lasery s maximálnym výkonom podporujú nelineárne procesy a zlepšujú rozlíšenie biologického zobrazovania, 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 obrazu výrazným znížením signálov fluorescencie pozadia, ktoré komplikujú štúdie procesov s jedným fotónom. 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 materiálov
Ultrarýchle laserové zdroje tiež spôsobili revolúciu v laserovom mikroobrábaní a spracovaní materiálov vďaka jedinečnému spôsobu, akým ultrakrátke impulzy interagujú s materiálmi. Ako už bolo spomenuté, pri diskusii o LDT je trvanie ultrarýchleho impulzu rýchlejšie ako časové rozpätie difúzie tepla do mriežky materiálu. Ultrarýchle lasery vytvárajú oveľa menšiu tepelne ovplyvnenú zónu ako...nanosekundové pulzné lasery, čo vedie k nižším stratám pri reze a presnejšiemu obrábaniu. Tento princíp je použiteľný aj v medicínskych aplikáciách, kde zvýšená presnosť rezania ultrafarebným laserom pomáha znižovať poškodenie okolitého tkaniva a zlepšuje skúsenosti pacienta počas laserovej operácie.
Atosekundové impulzy: budúcnosť ultrarýchlych laserov
S pokračujúcim vývojom ultrarýchlych laserov sa vyvíjajú nové a vylepšené svetelné zdroje s kratším trvaním impulzov. Aby získali prehľad o rýchlejších fyzikálnych procesoch, mnohí výskumníci sa zameriavajú na generovanie attosekundových impulzov – približne 10-18 s v rozsahu vlnových dĺžok extrémneho ultrafialového (XUV) žiarenia. Attosekundové impulzy umožňujú sledovanie pohybu elektrónov a zlepšujú naše chápanie elektronickej štruktúry a kvantovej mechaniky. Zatiaľ čo integrácia XUV attosekundových laserov do priemyselných procesov ešte nedosiahla významný pokrok, prebiehajúci výskum a pokrok v tejto oblasti takmer určite vytlačia túto technológiu z laboratórií do výroby, ako to bolo v prípade femtosekundových a pikosekundových laserov.laserové zdroje.
Čas uverejnenia: 25. júna 2024