Egyedülálló ultragyors lézer második rész

Egyedülállóultragyors lézermásodik rész

Diszperzió és impulzusszórás: Csoportkésleltetési diszperzió
Az egyik legnehezebb technikai kihívás, amellyel ultragyors lézerek használatakor szembe kell nézni, a kezdetben kibocsátott ultrarövid impulzusok időtartamának fenntartása.lézer. Az ultragyors impulzusok nagyon érzékenyek az időtorzításra, ami meghosszabbítja az impulzusokat. Ez a hatás rosszabbodik, ahogy a kezdeti impulzus időtartama lerövidül. Míg az ultragyors lézerek 50 másodperces impulzusokat képesek kibocsátani, addig tükrök és lencsék segítségével időben felerősíthetők, hogy az impulzust a célhelyre továbbítsák, vagy akár csak levegőn keresztül továbbítsák.

Ezt az időtorzítást a csoportkésleltetett diszperziónak (GDD) nevezett mértékkel, másodrendű diszperziónak is nevezik. Valójában vannak magasabb rendű diszperziós tagok is, amelyek befolyásolhatják az ultrafart-lézerimpulzusok időbeli eloszlását, de a gyakorlatban általában elegendő csak a GDD hatását megvizsgálni. A GDD egy frekvenciafüggő érték, amely lineárisan arányos az adott anyag vastagságával. Az átviteli optikák, például a lencse, az ablak és az objektív alkatrészek általában pozitív GDD-értékekkel rendelkeznek, ami azt jelzi, hogy a tömörített impulzusok hosszabb impulzusidőtartamot adhatnak az átviteli optikának, mint alézeres rendszerek. Az alacsonyabb frekvenciájú (azaz hosszabb hullámhosszúságú) komponensek gyorsabban terjednek, mint a magasabb frekvenciájúak (azaz rövidebb hullámhosszúak). Ahogy az impulzus egyre több anyagon halad át, az impulzus hullámhossza az időben tovább és tovább nyúlik. Rövidebb impulzusidõtartamok és ezáltal szélesebb sávszélességek esetén ez a hatás tovább eltúlzódik, és jelentõs impulzusidõ-torzulást eredményezhet.

Ultragyors lézeres alkalmazások
spektroszkópia
Az ultragyors lézerforrások megjelenése óta a spektroszkópia az egyik fő alkalmazási területük. Az impulzus időtartamának femtoszekundumokra vagy akár attoszekundumokra csökkentésével olyan dinamikus fizikai, kémiai és biológiai folyamatok érhetők el, amelyeket történelmileg lehetetlen volt megfigyelni. Az egyik kulcsfontosságú folyamat az atomok mozgása, és az atomi mozgás megfigyelése javította az olyan alapvető folyamatok tudományos megértését, mint a molekuláris rezgés, a molekuláris disszociáció és az energiaátvitel a fotoszintetikus fehérjékben.

bioimaging
A csúcsteljesítményű ultragyors lézerek támogatják a nemlineáris folyamatokat, és javítják a biológiai képalkotás felbontását, például a többfotonos mikroszkópiát. Egy többfotonos rendszerben ahhoz, hogy biológiai közegből vagy fluoreszcens célpontból nemlineáris jelet állítsunk elő, két fotonnak át kell fednie térben és időben. Ez a nemlineáris mechanizmus javítja a képfelbontást azáltal, hogy jelentősen csökkenti az egyfoton folyamatok tanulmányozását megnehezítő háttérfluoreszcencia jeleket. Az egyszerűsített jel hátterét szemléltetjük. A többfoton mikroszkóp kisebb gerjesztési tartománya megakadályozza a fototoxicitást és minimalizálja a minta károsodását.

1. ábra: Nyalábút példa diagramja többfoton mikroszkópos kísérletben

Lézeres anyagfeldolgozás
Az ultragyors lézerforrások a lézeres mikromegmunkálást és az anyagfeldolgozást is forradalmasították, mivel az ultrarövid impulzusok kölcsönhatásba lépnek az anyagokkal. Ahogy korábban említettük, az LDT tárgyalásakor az ultragyors impulzus időtartama gyorsabb, mint az anyag rácsába történő hődiffúzió időskálája. Az ultragyors lézerek sokkal kisebb hőhatászónát állítanak elő, mintnanoszekundumos impulzuslézerek, ami kisebb bemetszési veszteséget és precízebb megmunkálást eredményez. Ez az elv alkalmazható az orvosi alkalmazásokban is, ahol az ultrafart-lézeres vágás megnövelt pontossága segít csökkenteni a környező szövetek károsodását és javítja a páciens élményét a lézeres műtét során.

Attoszekundumos impulzusok: az ultragyors lézerek jövője
Ahogy a kutatás tovább fejleszti az ultragyors lézereket, új és továbbfejlesztett, rövidebb impulzusidejű fényforrásokat fejlesztenek ki. A gyorsabb fizikai folyamatokba való betekintés érdekében sok kutató attoszekundumos impulzusok generálására összpontosít – körülbelül 10-18 másodpercig az extrém ultraibolya (XUV) hullámhossz-tartományban. Az attoszekundumos impulzusok lehetővé teszik az elektronok mozgásának követését, és javítják az elektronszerkezet és a kvantummechanika megértését. Míg az XUV attoszekundumos lézerek integrálása az ipari folyamatokba még nem tett jelentős előrelépést, a területen folyó kutatás és fejlesztések szinte biztosan kiszorítják ezt a technológiát a laboratóriumból és a gyártásba, ahogyan az a femtoszekundumos és pikoszekundumos esetében is történt.lézeres források.


Feladás időpontja: 2024. június 25