Unikalnyultraszybki laserczęść druga
Dyspersja i rozprzestrzenianie się impulsów: Dyspersja opóźnienia grupowego
Jednym z najtrudniejszych wyzwań technicznych, z jakimi spotykamy się podczas stosowania ultrakrótkich laserów, jest utrzymanie czasu trwania ultrakrótkich impulsów początkowo emitowanych przezlaserUltraszybkie impulsy są bardzo podatne na zniekształcenia czasowe, co wydłuża ich czas trwania. Efekt ten nasila się wraz ze skracaniem czasu trwania impulsu początkowego. Chociaż ultraszybkie lasery mogą emitować impulsy o czasie trwania 50 sekund, można je wzmocnić w czasie, wykorzystując lustra i soczewki do transmisji impulsu do miejsca docelowego, a nawet przesyłając go drogą powietrzną.
To zniekształcenie czasowe jest kwantyfikowane za pomocą miary zwanej dyspersją grupową opóźnioną (GDD), znaną również jako dyspersja drugiego rzędu. W rzeczywistości istnieją również terminy dyspersji wyższego rzędu, które mogą wpływać na rozkład czasowy impulsów lasera ultrafioletowego, ale w praktyce zazwyczaj wystarczy zbadać wpływ GDD. GDD to wartość zależna od częstotliwości, liniowo proporcjonalna do grubości danego materiału. Elementy optyki transmisyjnej, takie jak soczewki, okna i obiektywy, zazwyczaj mają dodatnie wartości GDD, co oznacza, że raz skompresowane impulsy mogą zapewnić optyce transmisyjnej dłuższy czas trwania impulsu niż te emitowane przezsystemy laseroweSkładniki o niższych częstotliwościach (tj. o dłuższych falach) rozchodzą się szybciej niż składniki o wyższych częstotliwościach (tj. o krótszych falach). W miarę jak impuls przechodzi przez coraz większą ilość materii, długość fali w impulsie będzie się wydłużać w czasie. W przypadku krótszych czasów trwania impulsu, a zatem i szerszych pasm, efekt ten ulega dalszemu nasileniu i może prowadzić do znacznego zniekształcenia czasu trwania impulsu.
Zastosowania ultraszybkiego lasera
spektroskopia
Od czasu pojawienia się ultraszybkich źródeł laserowych, spektroskopia stała się jednym z ich głównych obszarów zastosowań. Skrócenie czasu trwania impulsu do femtosekund, a nawet attosekund, umożliwia obecnie obserwację dynamicznych procesów w fizyce, chemii i biologii, które historycznie były niemożliwe do zaobserwowania. Jednym z kluczowych procesów jest ruch atomów, a obserwacja ruchu atomów pogłębiła naukowe zrozumienie fundamentalnych procesów, takich jak drgania molekularne, dysocjacja molekularna i transfer energii w białkach fotosyntetycznych.
bioobrazowanie
Ultraszybkie lasery o mocy szczytowej wspierają procesy nieliniowe i poprawiają rozdzielczość w obrazowaniu biologicznym, takim jak mikroskopia wielofotonowa. W układzie wielofotonowym, aby wygenerować sygnał nieliniowy z ośrodka biologicznego lub celu fluorescencyjnego, dwa fotony muszą na siebie nachodzić w przestrzeni i czasie. Ten nieliniowy mechanizm poprawia rozdzielczość obrazowania poprzez znaczną redukcję sygnałów fluorescencji tła, które utrudniają badania procesów jednofotonowych. Zilustrowano uproszczony obraz tła sygnału. Mniejszy obszar wzbudzenia mikroskopu wielofotonowego zapobiega również fototoksyczności i minimalizuje uszkodzenia próbki.
Rysunek 1: Przykładowy diagram ścieżki wiązki w eksperymencie z mikroskopem wielofotonowym
Obróbka materiałów laserem
Ultraszybkie źródła laserowe zrewolucjonizowały również mikroobróbkę laserową i obróbkę materiałów dzięki unikalnemu sposobowi oddziaływania ultrakrótkich impulsów z materiałami. Jak wspomniano wcześniej, omawiając LDT, czas trwania ultraszybkiego impulsu jest krótszy niż czas dyfuzji ciepła do sieci krystalicznej materiału. Ultraszybkie lasery wytwarzają znacznie mniejszą strefę wpływu ciepła niż lasery laserowe.lasery impulsowe nanosekundowe, co przekłada się na mniejsze straty nacięć i bardziej precyzyjną obróbkę. Zasada ta ma również zastosowanie w zastosowaniach medycznych, gdzie zwiększona precyzja cięcia ultraszerokokątnym laserem pomaga zmniejszyć uszkodzenia otaczających tkanek i poprawia komfort pacjenta podczas operacji laserowej.
Impulsy attosekundowe: przyszłość ultrakrótkich laserów
W miarę rozwoju ultraszybkich laserów, opracowywane są nowe i ulepszone źródła światła o krótszym czasie trwania impulsu. Aby lepiej zrozumieć szybsze procesy fizyczne, wielu badaczy koncentruje się na generowaniu impulsów attosekundowych – trwających około 10-18 s w zakresie długości fal skrajnego ultrafioletu (XUV). Impulsy attosekundowe pozwalają śledzić ruch elektronów i pogłębiają naszą wiedzę na temat struktury elektronowej i mechaniki kwantowej. Chociaż integracja laserów attosekundowych XUV z procesami przemysłowymi nie poczyniła jeszcze znaczących postępów, trwające badania i postęp w tej dziedzinie niemal na pewno wypchną tę technologię z laboratoriów do produkcji, podobnie jak miało to miejsce w przypadku laserów femtosekundowych i pikosekundowych.źródła laserowe.
Czas publikacji: 25-06-2024