Ainutlaatuinenultranopea laserosa kaksi
Dispersio ja pulssin leviäminen: Ryhmäviiveen dispersio
Yksi vaikeimmista teknisistä haasteista ultranopeiden lasereiden käytössä on laserin alun perin lähettämien ultralyhyiden pulssien keston ylläpitäminen.laserUltranopeat pulssit ovat hyvin alttiita aikavääristymille, mikä tekee pulsseista pidempiä. Tämä vaikutus pahenee alkuperäisen pulssin keston lyhentyessä. Vaikka ultranopeat laserit voivat lähettää 50 sekunnin pituisia pulsseja, niitä voidaan vahvistaa ajassa käyttämällä peilejä ja linssejä pulssin lähettämiseen kohdesijaintiin tai jopa vain lähettämällä pulssi ilman läpi.
Tätä aikavääristymää kvantifioidaan käyttämällä mittaria nimeltä ryhmäviivästetty dispersio (GDD), joka tunnetaan myös toisen asteen dispersiona. Itse asiassa on olemassa myös korkeamman asteen dispersiotermejä, jotka voivat vaikuttaa ultrafart-laserpulssien aikajakaumaan, mutta käytännössä yleensä riittää, että tarkastellaan vain GDD:n vaikutusta. GDD on taajuudesta riippuva arvo, joka on lineaarisesti verrannollinen tietyn materiaalin paksuuteen. Läpäisyoptiikoilla, kuten linssillä, ikkunalla ja objektiivikomponenteilla, on tyypillisesti positiiviset GDD-arvot, mikä osoittaa, että kerran pakatut pulssit voivat antaa läpäisyoptiikalle pidemmän pulssin keston kuin ...laserjärjestelmätMatalataajuiset komponentit (eli pidemmät aallonpituudet) etenevät nopeammin kuin korkeataajuiset komponentit (eli lyhyemmät aallonpituudet). Kun pulssi kulkee yhä enemmän aineen läpi, pulssin aallonpituus pidenee yhä pidemmälle ajassa. Lyhyemmillä pulssin kestoilla ja siten suuremmilla kaistanleveyksillä tämä vaikutus korostuu entisestään ja voi johtaa merkittävään pulssiajan vääristymään.
Ultranopeat lasersovellukset
spektroskopia
Ultranopeiden laserlähteiden keksimisestä lähtien spektroskopia on ollut yksi niiden tärkeimmistä sovellusalueista. Lyhentämällä pulssin kesto femtosekunteiksi tai jopa attosekunteiksi voidaan nyt saavuttaa fysiikan, kemian ja biologian dynaamisia prosesseja, joita aiemmin oli mahdotonta havaita. Yksi keskeisistä prosesseista on atomien liike, ja atomien liikkeen havainnointi on parantanut tieteellistä ymmärrystä perusprosesseista, kuten molekyylivärähtelystä, molekyylien dissosiaatiosta ja energiansiirrosta fotosynteettisissä proteiineissa.
biokuvantaminen
Huipputehon omaavat ultranopeat laserit tukevat epälineaarisia prosesseja ja parantavat biologisen kuvantamisen, kuten monifotonimikroskopian, resoluutiota. Monifotonijärjestelmässä epälineaarisen signaalin tuottamiseksi biologisesta väliaineesta tai fluoresoivasta kohteesta kahden fotonin on oltava päällekkäin avaruudessa ja ajassa. Tämä epälineaarinen mekanismi parantaa kuvantamisen resoluutiota vähentämällä merkittävästi taustafluoresenssisignaaleja, jotka vaivaavat yksifotoniprosessien tutkimuksia. Yksinkertaistettu signaalitausta on havainnollistettu. Monifotonimikroskoopin pienempi viritysalue estää myös fototoksisuuden ja minimoi näytteen vauriot.
Kuva 1: Esimerkki monifotonimikroskooppikokeen säteen reitistä
Lasermateriaalien käsittely
Ultranopeat laserlähteet ovat myös mullistaneet lasermikrotyöstön ja materiaalien prosessoinnin ainutlaatuisen tavan ansiosta, jolla ultralyhyet pulssit vuorovaikuttavat materiaalien kanssa. Kuten aiemmin mainittiin, LDT:stä keskusteltaessa ultranopean pulssin kesto on nopeampi kuin lämmön diffuusion aikaskaala materiaalin hilaan. Ultranopeat laserit tuottavat paljon pienemmän lämpövaikutusalueen kuinnanosekunnin pulssilaserit, mikä johtaa pienempiin viiltohäviöihin ja tarkempaan työstöön. Tätä periaatetta voidaan soveltaa myös lääketieteellisissä sovelluksissa, joissa ultrafart-laserleikkauksen lisääntynyt tarkkuus auttaa vähentämään ympäröivän kudoksen vaurioita ja parantaa potilaskokemusta laserleikkauksen aikana.
Attosekunnin pulssit: ultranopeiden lasereiden tulevaisuus
Tutkimuksen jatkaessa ultranopeiden lasereiden kehittämistä kehitetään uusia ja parempia valonlähteitä, joilla on lyhyemmät pulssin kestot. Saadakseen tietoa nopeammista fysikaalisista prosesseista monet tutkijat keskittyvät attosekuntipulssien – noin 10–18 s äärimmäisen ultravioletin (XUV) aallonpituusalueella – tuottamiseen. Attosekuntipulssit mahdollistavat elektronien liikkeen seurannan ja parantavat ymmärrystämme elektronirakenteesta ja kvanttimekaniikasta. Vaikka XUV-attosekuntilasereiden integrointi teollisiin prosesseihin ei ole vielä edistynyt merkittävästi, alan jatkuva tutkimus ja edistysaskeleet työntävät tämän teknologian lähes varmasti pois laboratorioista ja valmistukseen, kuten on tapahtunut femtosekunti- ja pikosekuntilasereiden kohdalla.laserlähteet.
Julkaisun aika: 25. kesäkuuta 2024