UnikalnyUltraszyny laserCzęść druga
Rozprzestrzenianie się dyspersji i impulsu: dyspersja opóźnienia grupy
Jednym z najtrudniejszych wyzwań technicznych napotkanych podczas korzystania z ultraszybki laserlaser. Ultraszybkie impulsy są bardzo podatne na zniekształcenie czasowe, co sprawia, że impulsy dłużej. Efekt ten się pogarsza w miarę upływu czasu trwania początkowego impulsu. Podczas gdy ultraszybkie lasery mogą emitować impulsy o czasie trwania 50 sekund, można je wzmocnić w czasie, używając luster i soczewek do transmisji impulsu do położenia docelowego, a nawet po prostu przesyłać impuls przez powietrze.
To zniekształcenie czasowe jest określane ilościowo przy użyciu pomiaru zwanego grupy opóźnionej dyspersji (GDD), znanej również jako dyspersja drugiego rzędu. W rzeczywistości istnieją również warunki dyspersji wyższego rzędu, które mogą wpływać na rozkład czasowy impulsów ultrafart-laserowych, ale w praktyce zwykle wystarczy po prostu zbadać efekt GDD. GDD jest wartością zależną od częstotliwości, która jest liniowo proporcjonalna do grubości danego materiału. Optyki transmisyjne, takie jak obiektyw, okno i komponenty obiektywne, zwykle mają dodatnie wartości GDD, co wskazuje, że kiedyś sprężone impulsy mogą nadać optyce transmisji dłuższy czas trwania impulsu niż te emitowane przezSystemy laserowe. Składniki o niższych częstotliwościach (tj., Dłuższe długości fali) propagują się szybciej niż komponenty o wyższych częstotliwościach (tj. Krótsze długości fali). Gdy impuls przechodzi przez coraz więcej materii, długość fali w impulsie będzie nadal rozciągać się coraz dalej w czasie. W przypadku krótszych czasów trwania impulsu, a zatem szerszych szerokości pasma, efekt ten jest dodatkowo wyolbrzymiony i może powodować znaczne zniekształcenie czasu impulsu.
Ultraszybkie aplikacje laserowe
Spektroskopia
Od czasu pojawienia się ultraszybkich źródeł laserowych spektroskopia była jednym z ich głównych obszarów zastosowań. Zmniejszając czas trwania impulsu do femtosekund, a nawet attosekund, można teraz osiągnąć dynamiczne procesy fizyki, chemii i biologii, które historycznie były niemożliwe. Jednym z kluczowych procesów jest ruch atomowy, a obserwacja ruchu atomowego poprawiła naukowe zrozumienie procesów podstawowych, takich jak wibracje molekularne, dysocjacja molekularna i transfer energii w białkach fotosyntetycznych.
bioobrazowanie
Ultraszybkie lasery o szczytowej mocy wspierają procesy nieliniowe i poprawiają rozdzielczość obrazowania biologicznego, takie jak mikroskopia wielofotonowa. W systemie wielofotonowym, aby wygenerować nieliniowy sygnał z biologicznego ośrodka lub celu fluorescencyjnego, dwa fotony muszą nakładać się na przestrzeń i czas. Ten nieliniowy mechanizm poprawia rozdzielczość obrazowania poprzez znaczne zmniejszenie sygnałów fluorescencji w tle, które zarabiają badania procesów jednofotonowych. Uproszczone tło sygnału jest zilustrowane. Mniejszy region wzbudzenia mikroskopu wielofotonowego zapobiega również fototoksyczności i minimalizuje uszkodzenie próbki.
Ryc. 1: Przykładowy schemat ścieżki wiązki w eksperymencie z mikroskopem z wieloma fotonami
Przetwarzanie materiałów laserowych
Ultraszybkie źródła laserowe zrewolucjonizowały również mikroobróbkę laserową i przetwarzanie materiałów ze względu na unikalny sposób, w jaki ultrashortowe impulsy oddziałują z materiałami. Jak wspomniano wcześniej, omawiając LDT, czas trwania bardzo szybkiego impulsu jest szybszy niż skala czasowa dyfuzji ciepła do sieci materiału. Bardzo szybkie lasery wytwarzają znacznie mniejszą strefę dotkniętą ciepłem niżNanosekundowe lasery pulsacyjne, powodując niższe straty nacięcia i bardziej precyzyjne obróbkę. Zasada ta ma również zastosowanie do zastosowań medycznych, w których zwiększona precyzja cięcia ultrafart-laserowego pomaga zmniejszyć uszkodzenie otaczającej tkanki i poprawia doświadczenie pacjenta podczas operacji laserowej.
Attosekundowe impulsy: przyszłość ultraszybkich laserów
Ponieważ badania nadal rozwijają ultraszybkie lasery, opracowywane są nowe i ulepszone źródła światła o krótszym okresie impulsów. Aby uzyskać wgląd w szybsze procesy fizyczne, wielu badaczy koncentruje się na wytwarzaniu impulsów attosekundowych-około 10-18 s w ekstremalnym zakresie długości fali ultrafioletowej (XUV). Impulsy attosekundowe umożliwiają śledzenie ruchu elektronowego i poprawić nasze zrozumienie struktury elektronicznej i mechaniki kwantowej. Podczas gdy integracja laserów attosekundowych XUV do procesów przemysłowych jeszcze nie osiągnęła znaczących postępów, trwające badania i postępy w terenie prawie na pewno wypchną tę technologię z laboratorium i do produkcji, podobnie jak w przypadku femtosekundowej i pikosekundowejŹródła laserowe.
Czas postu: 25-2024