Egyedülállóultragyors lézermásodik rész
Diszperzió és impulzusszórás: Csoportkésleltetés-diszperzió
Az ultragyors lézerek használata során felmerülő egyik legnagyobb technikai kihívás az, hogy fenntartsák a lézer által kezdetben kibocsátott ultrarövid impulzusok időtartamát.lézerAz ultragyors impulzusok nagyon érzékenyek az időbeli torzulásra, ami miatt az impulzusok hosszabbak. Ez a hatás egyre súlyosbodik, ahogy a kezdeti impulzus időtartama csökken. Míg az ultragyors lézerek 50 másodperces impulzusokat tudnak kibocsátani, ezek időben felerősíthetők tükrök és lencsék segítségével, amelyekkel az impulzust a célhelyre továbbítják, vagy akár csak a levegőn keresztül is továbbíthatják az impulzust.
Ezt az időbeli torzulást egy csoportos késleltetett diszperziónak (GDD) nevezett mértékkel számszerűsítik, amelyet másodrendű diszperziónak is neveznek. Valójában vannak magasabb rendű diszperziós tagok is, amelyek befolyásolhatják az ultrafart lézerimpulzusok időeloszlását, de a gyakorlatban általában elegendő csak a GDD hatását vizsgálni. A GDD egy frekvenciafüggő érték, amely lineárisan arányos az adott anyag vastagságával. Az olyan áteresztő optikák, mint a lencse, az ablak és az objektív komponensei, jellemzően pozitív GDD értékekkel rendelkeznek, ami azt jelzi, hogy az egyszer összenyomott impulzusok hosszabb impulzusidőt biztosíthatnak az áteresztő optikának, mint a ... által kibocsátottak.lézerrendszerekAz alacsonyabb frekvenciájú (azaz hosszabb hullámhosszú) komponensek gyorsabban terjednek, mint a magasabb frekvenciájú (azaz rövidebb hullámhosszú) komponensek. Ahogy az impulzus egyre több anyagon halad át, az impulzusban lévő hullámhossz időben egyre tovább és tovább fog nyúlni. Rövidebb impulzusidőtartamok, és így szélesebb sávszélességek esetén ez a hatás tovább felerősödik, és jelentős impulzusidő-torzulást eredményezhet.
Ultragyors lézeres alkalmazások
spektroszkópia
Az ultragyors lézerforrások megjelenése óta a spektroszkópia az egyik fő alkalmazási területük. Az impulzus időtartamának femtoszekundumra vagy akár attoszekundumra csökkentésével a fizikában, a kémiában és a biológiában olyan dinamikus folyamatok is megfigyelhetők, amelyeket korábban lehetetlen volt megfigyelni. Az egyik kulcsfontosságú folyamat az atommozgás, és az atommozgás megfigyelése javította az olyan alapvető folyamatok tudományos megértését, mint a molekuláris rezgés, a molekuláris disszociáció és az energiaátadás a fotoszintetikus fehérjékben.
bioképalkotás
A csúcsteljesítményű ultragyors lézerek támogatják a nemlineáris folyamatokat és javítják a felbontást a biológiai képalkotás, például a többfoton mikroszkópia során. Egy többfoton rendszerben egy biológiai közegből vagy fluoreszcens célpontból származó nemlineáris jel előállításához két fotonnak térben és időben át kell fednie egymást. Ez a nemlineáris mechanizmus javítja a képalkotási felbontást azáltal, hogy jelentősen csökkenti a háttér fluoreszcencia jeleket, amelyek az egyfoton folyamatok vizsgálatát megnehezítik. Az egyszerűsített háttérjel látható. A többfoton mikroszkóp kisebb gerjesztési tartománya megakadályozza a fototoxicitást és minimalizálja a minta károsodását.
1. ábra: Példa egy nyalábpálya diagramjára egy többfotonos mikroszkópos kísérletben
Lézeres anyagmegmunkálás
Az ultragyors lézerforrások forradalmasították a lézeres mikromegmunkálást és az anyagfeldolgozást is, mivel az ultrarövid impulzusok egyedülálló módon kölcsönhatásba lépnek az anyagokkal. Amint azt korábban említettük, az LDT tárgyalásakor az ultragyors impulzus időtartama gyorsabb, mint a hő diffúziójának időskálája az anyag rácsába. Az ultragyors lézerek sokkal kisebb hőhatásövezetet hoznak létre, mint ananoszekundumos impulzuslézerek, ami alacsonyabb bemetszési veszteséget és pontosabb megmunkálást eredményez. Ez az elv az orvosi alkalmazásokban is alkalmazható, ahol az ultrafartlézeres vágás megnövelt pontossága segít csökkenteni a környező szövetek károsodását és javítja a betegélményt a lézeres műtét során.
Attoszekundumos impulzusok: az ultragyors lézerek jövője
Ahogy a kutatások folyamatosan fejlesztik az ultragyors lézereket, új és továbbfejlesztett, rövidebb impulzusidőtartamú fényforrásokat fejlesztenek. A gyorsabb fizikai folyamatokba való betekintés érdekében számos kutató az attoszekundumos impulzusok – körülbelül 10-18 s időtartamúak az extrém ultraibolya (XUV) hullámhossztartományban – generálására összpontosít. Az attoszekundumos impulzusok lehetővé teszik az elektronok mozgásának nyomon követését, és javítják az elektronikus szerkezet és a kvantummechanika megértését. Bár az XUV attoszekundumos lézerek ipari folyamatokba való integrálása még nem hozott jelentős előrelépést, a területen zajló kutatások és fejlesztések szinte biztosan kiszorítják ezt a technológiát a laboratóriumokból a gyártásba, ahogyan az a femtoszekundumos és a pikoszekundumos lézerek esetében is történt.lézerforrások.
Közzététel ideje: 2024. június 25.