Egyedi ultragyors lézer második rész

Egyedülállóultragyorsó lézermásodik rész

Diszperzió és impulzus terjedés: csoport késleltetési diszperzió
Az ultragyors lézerek használatakor az egyik legnehezebb technikai kihívás, amely fenntartja a kezdetben bocsátott ultra-rövid impulzusok időtartamátlézer- Az ultragyorsimpulzusok nagyon érzékenyek az idő torzítására, ami hosszabbá teszi az impulzusokat. Ez a hatás rosszabbodik, mivel a kezdeti impulzus időtartama lerövidül. Míg az ultragyors lézerek 50 másodperces időtartamú impulzusokat bocsáthatnak ki, tükrök és lencsék felhasználásával idővel tovább erősíthetők, hogy az impulzust a célhelyre továbbítsák, vagy akár csak az impulzust továbbítsák a levegőn keresztül.

Ezt az időbeli torzítást a csoport késleltetett diszperziós (GDD) nevű, második sorrendű diszperziónak nevezett intézkedéssel számszerűsítik. Valójában vannak olyan magasabb rendű diszperziós kifejezések is, amelyek befolyásolhatják az ultrappart-laser impulzusok időbeli eloszlását, de a gyakorlatban általában elegendő a GDD hatásainak vizsgálata. A GDD egy frekvenciafüggő érték, amely lineárisan arányos az adott anyag vastagságával. Az átviteli optika, például a lencse, az ablak és az objektív komponensek általában pozitív GDD -értékekkel rendelkeznek, ami azt jelzi, hogy az egyszeri sűrített impulzusok hosszabb impulzus időtartamot adhatnak az átviteli optikának, mint a kibocsátottak.lézerrendszerek- Az alacsonyabb frekvenciákkal rendelkező alkatrészek (azaz hosszabb hullámhosszúság) gyorsabban terjednek, mint a magasabb frekvenciákkal rendelkező alkatrészek (azaz rövidebb hullámhosszúak). Ahogy az impulzus egyre több anyagon halad át, az impulzus hullámhossza tovább tovább és tovább hosszabb ideig. A rövidebb impulzus időtartamok és ennélfogva szélesebb sávszélességek esetén ez a hatás tovább eltúlzott, és jelentős impulzusidő -torzulást eredményezhet.

Ultragyors lézer alkalmazások
spektroszkópia
Az ultragyors lézerforrások megjelenése óta a spektroszkópia volt az egyik fő alkalmazási terület. Az impulzus időtartamának femtosekundumok vagy akár attosekundumokhoz történő csökkentésével, a fizikai, kémia és biológia dinamikus folyamatait, amelyeket történelmileg lehetetlen megfigyelni. Az egyik legfontosabb folyamat az atommozgás, és az atommozgás megfigyelése javította az alapvető folyamatok, például a molekuláris rezgés, a molekuláris disszociáció és az energiaátvitel tudományos megértését a fotoszintézis fehérjékben.

bioimaging
A csúcsteljesítményű ultragyors lézerek támogatják a nemlineáris folyamatokat és javítják a biológiai képalkotás felbontását, például a többfotonmikroszkópos vizsgálatot. Egy multi-fotonos rendszerben annak érdekében, hogy egy biológiai közegből vagy fluoreszcens célból nemlineáris jelet generálhassunk, két fotonnak átfedésben kell lennie a térben és az időben. Ez a nemlineáris mechanizmus javítja a képalkotó felbontást azáltal, hogy jelentősen csökkenti a háttér-fluoreszcencia jeleket, amelyek az egyfotonos folyamatok vizsgálatát sújtják. Az egyszerűsített jel hátterét szemléltetjük. A multiphoton mikroszkóp kisebb gerjesztési régiója szintén megakadályozza a fototoxicitást és minimalizálja a minta károsodását.

1. ábra: A gerenda útjának példa diagramja egy multi-foton mikroszkóp kísérletben

Lézeres anyagfeldolgozás
Az ultragyors lézerforrások szintén forradalmasították a lézeres mikromagazítást és az anyagfeldolgozást, mivel az ultrahangos impulzusok az anyagokkal kölcsönhatásba lépnek. Mint korábban említettük, az LDT megvitatásakor az ultragyors impulzus időtartama gyorsabb, mint az anyag rácsának hő diffúziójának idő skálája. Az ultragyors lézerek sokkal kisebb hőre ható zónát eredményeznek, mintnanoszekundumos impulzusos lézerek, ami alacsonyabb bemetszési veszteségeket és pontosabb megmunkálást eredményez. Ez az elv alkalmazható az orvosi alkalmazásokra is, ahol az ultraszpart-laser vágás fokozott pontossága elősegíti a környező szövetek károsodását és javítja a beteg tapasztalatait a lézerműtét során.

Attosecond impulzusok: Az ultragyors lézerek jövője
Ahogy a kutatás továbbra is elősegíti az ultragyors lézereket, új és továbbfejlesztett fényforrásokat fejlesztenek ki rövidebb impulzusok tartósságával. Annak érdekében, hogy betekintést nyerjen a gyorsabb fizikai folyamatokba, sok kutató az attosekundumos impulzusok előállítására összpontosít-kb. 10-18 s az extrém ultraibolya (XUV) hullámhossz-tartományban. Az attosekundás impulzusok lehetővé teszik az elektronmozgás nyomon követését, és javítják az elektronikus szerkezet és a kvantummechanika megértését. Míg a XUV attosekundás lézerek ipari folyamatokba történő integrációjának még nem kell jelentős előrelépni, a folyamatos kutatások és a terület fejlődése szinte biztosan kiszorítja ezt a technológiát a laboratóriumból és a gyártásba, mint a femtosekundum és a pikosekundum esetében.lézerforrások.