Jedinstvenoultrabrzi laserdrugi dio
Disperzija i širenje impulsa: Disperzija grupnog kašnjenja
Jedan od najtežih tehničkih izazova s kojima se susrećemo pri korištenju ultrabrzih lasera je održavanje trajanja ultrakratkih impulsa koje inicijalno emitirajulaserUltrabrzi impulsi su vrlo osjetljivi na vremensko izobličenje, što impulse čini duljima. Taj se učinak pogoršava kako se trajanje početnog impulsa skraćuje. Iako ultrabrzi laseri mogu emitirati impulse u trajanju od 50 sekundi, mogu se vremenski pojačati korištenjem zrcala i leća za prijenos impulsa na ciljnu lokaciju ili čak samo prijenosom impulsa kroz zrak.
Ovo vremensko izobličenje kvantificira se pomoću mjere koja se naziva grupna disperzija s kašnjenjem (GDD), poznata i kao disperzija drugog reda. Zapravo, postoje i članovi disperzije višeg reda koji mogu utjecati na vremensku raspodjelu ultrafart-laserskih impulsa, ali u praksi je obično dovoljno samo ispitati učinak GDD-a. GDD je frekvencijski ovisna vrijednost koja je linearno proporcionalna debljini određenog materijala. Transmisijska optika poput komponenti leće, prozora i objektiva obično ima pozitivne GDD vrijednosti, što ukazuje na to da jednom komprimirani impulsi mogu dati transmisijskoj optici dulje trajanje impulsa od onih koje emitirajulaserski sustaviKomponente s nižim frekvencijama (tj. duljim valnim duljinama) šire se brže od komponenti s višim frekvencijama (tj. kraćim valnim duljinama). Kako impuls prolazi kroz sve više i više materije, valna duljina u impulsu će se nastaviti sve više i više protezati u vremenu. Za kraća trajanja impulsa, a time i šire propusne opsege, ovaj učinak je dodatno preuveličan i može rezultirati značajnim izobličenjem vremena impulsa.
Primjene ultrabrzih lasera
spektroskopija
Od pojave ultrabrzih laserskih izvora, spektroskopija je jedno od njihovih glavnih područja primjene. Smanjenjem trajanja impulsa 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 poput molekularnih vibracija, molekularne disocijacije i prijenosa energije u fotosintetskim proteinima.
bioimaging
Ultrabrzi laseri vršne snage podržavaju nelinearne procese i poboljšavaju rezoluciju za biološko snimanje, poput višefotonske mikroskopije. U višefotonskom sustavu, kako bi se generirao nelinearni signal iz biološkog medija ili fluorescentne mete, dva fotona moraju se preklapati u prostoru i vremenu. Ovaj nelinearni mehanizam poboljšava rezoluciju snimanja značajnim smanjenjem pozadinskih fluorescentnih signala koji otežavaju proučavanje procesa s jednim fotonom. Ilustrirana je pojednostavljena pozadina signala. Manje područje pobuđivanja višefotonskog mikroskopa također sprječava fototoksičnost i minimizira oštećenje uzorka.
Slika 1: Primjer dijagrama putanje snopa u eksperimentu s višefotonskim mikroskopom
Laserska obrada materijala
Ultrabrzi laserski izvori također su revolucionirali lasersku mikroobradu i obradu materijala zbog jedinstvenog načina na koji ultrakratki impulsi interagiraju s materijalima. Kao što je ranije spomenuto, kada se raspravlja o LDT-u, trajanje ultrabrzog impulsa je brže od vremenske skale difuzije topline u rešetku materijala. Ultrabrzi laseri proizvode mnogo manju zonu utjecaja topline negonanosekundni pulsni laseri, što rezultira manjim gubicima u rezu i preciznijom obradom. Ovaj princip primjenjiv je i u medicinskim primjenama, gdje povećana preciznost ultrafart-laserskog rezanja pomaže u smanjenju oštećenja okolnog tkiva i poboljšava iskustvo pacijenta tijekom laserske operacije.
Atosekundni impulsi: budućnost ultrabrzih lasera
Kako istraživanja nastavljaju unapređivati ultrabrze lasere, razvijaju se novi i poboljšani izvori svjetlosti s kraćim trajanjem impulsa. Kako bi stekli uvid u brže fizičke procese, mnogi istraživači usredotočuju se na generiranje atosekundnih impulsa - oko 10-18 s u ekstremnom ultraljubičastom (XUV) rasponu valnih duljina. Atosekundni impulsi omogućuju praćenje kretanja elektrona i poboljšavaju naše razumijevanje elektroničke strukture i kvantne mehanike. Iako integracija XUV atosekundnih lasera u industrijske procese još nije ostvarila značajan napredak, tekuća istraživanja i napredak u tom području gotovo će sigurno istisnuti ovu tehnologiju iz laboratorija u proizvodnju, kao što je bio slučaj s femtosekundnim i pikosekundnim laserima.laserski izvori.
Vrijeme objave: 25. lipnja 2024.