Ainutlaatuinen ultranopea laser, osa kaksi

Ainutlaatuinenultranopea laserosa kaksi

Dispersio ja pulssihajautus: Ryhmäviivedispersio
Yksi vaikeimmista teknisistä haasteista, joita ultranopeita lasereita käytettäessä on kohdattava, on säilyttää ultralyhyiden pulssien kesto, jonka alun perin lähettävätlaser. Ultranopeat pulssit ovat erittäin herkkiä aikavääristymille, mikä tekee pulsseista pidempiä. Tämä vaikutus pahenee, kun alkupulssin kesto lyhenee. Vaikka ultranopeat laserit voivat lähettää pulsseja, joiden kesto on 50 sekuntia, niitä voidaan vahvistaa ajassa käyttämällä peilejä ja linssejä siirtämään pulssi kohdepaikkaan tai jopa vain välittämään pulssin ilman kautta.

Tämä aikavääristymä kvantifioidaan käyttämällä mittaa, jota kutsutaan ryhmäviiveelliseksi dispersioksi (GDD), joka tunnetaan myös toisen asteen dispersiona. Itse asiassa on olemassa myös korkeamman asteen dispersiotermejä, jotka voivat vaikuttaa ultrafart-laserpulssien aikajakaumaan, mutta käytännössä riittää yleensä pelkkä GDD:n vaikutuksen tutkiminen. GDD on taajuudesta riippuva arvo, joka on lineaarisesti verrannollinen tietyn materiaalin paksuuteen. Lähetysoptiikalla, kuten linssillä, ikkunalla ja objektiivin komponenteilla on tyypillisesti positiiviset GDD-arvot, mikä osoittaa, että kun kompressoidut pulssit voivat antaa lähetysoptiikalle pidemmän pulssin keston kuin niiden lähettämät pulssit.laserjärjestelmät. Komponentit, joilla on alhaisemmat taajuudet (eli pidemmät aallonpituudet) etenevät nopeammin kuin komponentit, joilla on korkeammat taajuudet (eli lyhyemmät aallonpituudet). Kun pulssi kulkee yhä useamman aineen läpi, pulssin aallonpituus jatkuu ajan mittaan yhä pidemmälle. Lyhyemmillä pulssin kestoilla ja siten laajemmilla kaistanleveyksillä tämä vaikutus on edelleen liioiteltu ja voi johtaa merkittävään pulssiajan vääristymiseen.

Erittäin nopeat lasersovellukset
spektroskopia
Ultranopeiden laserlähteiden käyttöönoton jälkeen spektroskopia on ollut yksi niiden pääsovellusalueista. Lyhentämällä pulssin kesto femtosekunteiksi tai jopa attosekunteiksi voidaan nyt saavuttaa fysiikan, kemian ja biologian dynaamisia prosesseja, joita oli historiallisesti mahdotonta havaita. Yksi keskeisistä prosesseista on atomin liike, ja atomiliikkeen havainnointi on parantanut tieteellistä ymmärrystä perusprosesseista, kuten molekyylivärähtelystä, molekyylien dissosiaatiosta ja energiansiirrosta fotosynteettisissä proteiineissa.

biokuvantaminen
Huipputehoiset ultranopeat laserit tukevat epälineaarisia prosesseja ja parantavat biologisen kuvantamisen, kuten monifotonimikroskoopin, resoluutiota. Monifotonijärjestelmässä ei-lineaarisen signaalin tuottamiseksi biologisesta väliaineesta tai fluoresoivasta kohteesta kahden fotonin on oltava päällekkäin tilassa ja ajassa. Tämä epälineaarinen mekanismi parantaa kuvantamisen resoluutiota vähentämällä merkittävästi taustafluoresenssisignaaleja, jotka vaikeuttavat yhden fotonin prosessien tutkimuksia. Yksinkertaistettu signaalin tausta on kuvattu. Monifotonimikroskoopin pienempi viritysalue estää myös fototoksisuuden ja minimoi näytteen vaurioitumisen.

Kuva 1: Esimerkkikaavio säteen reitistä monifotonimikroskooppikokeessa

Lasermateriaalin käsittely
Ultranopeat laserlähteet ovat myös mullistaneet lasermikrokoneistuksen ja materiaalinkäsittelyn ainutlaatuisen tavan ansiosta, jolla ultralyhyet pulssit ovat vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa. Kuten aiemmin mainittiin, kun puhutaan LDT:stä, ultranopea pulssin kesto on nopeampi kuin lämmön diffuusion aika-asteikko materiaalin hilaan. Ultranopeat laserit tuottavat paljon pienemmän lämpövaikutusalueen kuinnanosekunnin pulssilaserit, mikä vähentää viiltohäviöitä ja tarkempaa koneistusta. Tämä periaate soveltuu myös lääketieteellisiin sovelluksiin, joissa ultrafart-laserleikkauksen lisääntynyt tarkkuus auttaa vähentämään ympäröivän kudoksen vaurioita ja parantaa potilaan kokemusta laserleikkauksen aikana.

Attosekuntipulssit: ultranopeiden lasereiden tulevaisuus
Tutkimuksen jatkaessa ultranopeiden lasereiden kehittämistä kehitetään uusia ja parannettuja valonlähteitä, joiden pulssin kesto on lyhyempi. Saadakseen käsityksen nopeammista fysikaalisista prosesseista monet tutkijat keskittyvät attosekunnin pulssien tuottamiseen – noin 10-18 s äärimmäisellä ultraviolettisäteilyn (XUV) aallonpituusalueella. Attosekuntipulssit mahdollistavat elektronien liikkeen seurannan ja parantavat ymmärrystämme elektronirakenteesta ja kvanttimekaniikasta. Vaikka XUV-attosekuntien lasereiden integroiminen teollisiin prosesseihin ei ole vielä edistynyt merkittävästi, alan jatkuva tutkimus ja edistysaskeleet lähes varmasti työntävät tämän teknologian ulos laboratoriosta ja valmistukseen, kuten on tapahtunut femtosekuntien ja pikosekundien kanssa.laserlähteet.


Postitusaika: 25.6.2024