Jedinstvenaultrabrzi laserdrugi dio
Disperzija i širenje impulsa: disperzija grupnog kašnjenja
Jedan od najtežih tehničkih izazova s kojima se susreće pri korištenju ultrabrzih lasera je održavanje trajanja ultrakratkih impulsa koje inicijalno emitiralaser. Ultrabrzi impulsi vrlo su osjetljivi na vremensko izobličenje, što čini impulse duljima. Ovaj se učinak pogoršava kako se skraćuje trajanje početnog pulsa. Iako ultrabrzi laseri mogu emitirati impulse u trajanju od 50 sekundi, oni se mogu pojačati u vremenu korištenjem zrcala i leća za prijenos pulsa na ciljnu lokaciju ili čak samo prijenos pulsa kroz zrak.
Ovo vremensko izobličenje kvantificira se pomoću mjere koja se naziva grupna odgođena disperzija (GDD), također poznata kao disperzija drugog reda. Zapravo, postoje i disperzijski članovi višeg reda koji mogu utjecati na vremensku distribuciju ultrafart laserskih impulsa, ali u praksi je obično dovoljno samo ispitati učinak GDD-a. GDD je vrijednost ovisna o frekvenciji koja je linearno proporcionalna debljini određenog materijala. Prijenosna optika kao što su leća, prozor i komponente objektiva obično imaju pozitivne GDD vrijednosti, što ukazuje da jednom komprimirani impulsi mogu dati prijenosnoj optici dulje trajanje impulsa od onih koje emitiralaserski sustavi. Komponente nižih frekvencija (tj. dužih valnih duljina) šire se brže od komponenti viših frekvencija (tj. kraćih valnih duljina). Kako puls prolazi kroz sve više i više materije, valna duljina u pulsu nastavit će se protezati sve dalje i dalje u vremenu. Za kraće trajanje impulsa, a time i šire širine pojasa, ovaj učinak je dodatno preuveličan i može rezultirati značajnim izobličenjem vremena pulsa.
Ultrabrze laserske aplikacije
spektroskopija
Od pojave ultrabrzih laserskih izvora, spektroskopija je jedno od njihovih glavnih područja primjene. Smanjivanjem trajanja pulsa na femtosekunde ili čak atosekunde sada se mogu postići dinamički procesi u fizici, kemiji i biologiji koje je povijesno bilo nemoguće promatrati. Jedan od ključnih procesa je atomsko gibanje, a promatranje atomskog gibanja poboljšalo je znanstveno razumijevanje temeljnih procesa kao što su molekularne vibracije, molekularna disocijacija i prijenos energije u fotosintetskim proteinima.
bioimaging
Ultrabrzi laseri vršne snage podržavaju nelinearne procese i poboljšavaju rezoluciju za biološke slike, kao što je višefotonska mikroskopija. U višefotonskom sustavu, kako bi se generirao nelinearni signal iz biološkog medija ili fluorescentne mete, dva se fotona moraju preklapati u prostoru i vremenu. Ovaj nelinearni mehanizam poboljšava rezoluciju slike značajnim smanjenjem pozadinskih fluorescentnih signala koji smetaju studijama jednofotonskih procesa. Ilustrirana je pojednostavljena pozadina signala. Manje područje ekscitacije višefotonskog mikroskopa također sprječava fototoksičnost i smanjuje oštećenje uzorka.
Slika 1: Primjer dijagrama putanje snopa u eksperimentu s višefotonskim mikroskopom
Laserska obrada materijala
Ultrabrzi laserski izvori također su revolucionirali lasersku mikrostrojnu obradu i obradu materijala zbog jedinstvenog načina na koji ultrakratki impulsi stupaju u interakciju s materijalima. Kao što je ranije spomenuto, kada se govori o LDT-u, trajanje ultrabrzog pulsa je kraće od vremenske skale difuzije topline u rešetku materijala. Ultrabrzi laseri proizvode puno manju zonu utjecaja topline odnanosekundni pulsni laseri, što rezultira manjim gubicima pri rezanju i preciznijom strojnom obradom. Ovo je načelo također primjenjivo u medicinskim primjenama, gdje povećana preciznost ultrafart laserskog rezanja pomaže u smanjenju oštećenja okolnog tkiva i poboljšava iskustvo pacijenta tijekom laserske operacije.
Attosekundni impulsi: budućnost ultrabrzih lasera
Kako istraživanja nastavljaju unapređivati ultrabrze lasere, razvijaju se novi i poboljšani izvori svjetlosti s kraćim trajanjem impulsa. Kako bi dobili uvid u brže fizikalne procese, mnogi se istraživači usredotočuju na stvaranje atosekundnih impulsa – oko 10-18 s u ekstremnom ultraljubičastom (XUV) rasponu valnih duljina. Attosekundni impulsi omogućuju praćenje gibanja elektrona i poboljšavaju naše razumijevanje elektroničke strukture i kvantne mehanike. Iako integracija XUV atosekundnih lasera u industrijske procese tek treba značajno napredovati, tekuća istraživanja i napredak na tom polju gotovo će sigurno istisnuti ovu tehnologiju iz laboratorija u proizvodnju, kao što je bio slučaj s femtosekundom i pikosekundomlaserski izvori.
Vrijeme objave: 25. lipnja 2024