Унікальний надшвидкий лазер, частина друга

Унікальнийнадшвидкий лазерчастина друга

Дисперсія та розтікання імпульсів: дисперсія групової затримки
Однією з найскладніших технічних проблем, що виникають під час використання надшвидких лазерів, є підтримка тривалості надкоротких імпульсів, що спочатку випромінюються лазером.лазерНадшвидкі імпульси дуже чутливі до часового спотворення, що робить їх довшими. Цей ефект посилюється зі скороченням тривалості початкового імпульсу. Хоча надшвидкі лазери можуть випромінювати імпульси тривалістю 50 секунд, їх можна посилити в часі за допомогою дзеркал і лінз для передачі імпульсу до цільового місця або навіть просто передавати імпульс через повітря.

Це спотворення часу кількісно визначається за допомогою міри, яка називається груповою затриманою дисперсією (ГЗД), також відомою як дисперсія другого порядку. Фактично, існують також члени дисперсії вищого порядку, які можуть впливати на розподіл імпульсів ультрафарт-лазера в часі, але на практиці зазвичай достатньо лише дослідити вплив ГЗД. ГЗД – це частотно-залежна величина, яка лінійно пропорційна товщині заданого матеріалу. Пропускаюча оптика, така як компоненти лінзи, вікна та об'єктива, зазвичай має позитивні значення ГЗД, що вказує на те, що після стиснення імпульси можуть забезпечити пропускаючу оптику більшу тривалість імпульсу, ніж ті, що випромінюються...лазерні системиКомпоненти з нижчими частотами (тобто з довшими довжинами хвиль) поширюються швидше, ніж компоненти з вищими частотами (тобто з коротшими довжинами хвиль). У міру того, як імпульс проходить через все більшу кількість речовини, довжина хвилі в імпульсі продовжуватиме збільшуватися в часі. Для коротших тривалостей імпульсу, а отже, і ширших смуг пропускання, цей ефект ще більше посилюється і може призвести до значного спотворення часу імпульсу.

Застосування надшвидких лазерів
спектроскопія
З моменту появи надшвидких лазерних джерел спектроскопія є однією з основних областей їх застосування. Зменшуючи тривалість імпульсу до фемтосекунд або навіть атосекунд, тепер можна досягти динамічних процесів у фізиці, хімії та біології, які історично було неможливо спостережити. Одним з ключових процесів є рух атомів, і спостереження руху атомів покращило наукове розуміння фундаментальних процесів, таких як молекулярні вібрації, молекулярна дисоціація та передача енергії у фотосинтетичних білках.

біовізуалізація
Пікові надшвидкі лазери підтримують нелінійні процеси та покращують роздільну здатність для біологічної візуалізації, такої як багатофотонна мікроскопія. У багатофотонній системі, для генерації нелінійного сигналу з біологічного середовища або флуоресцентної мішені, два фотони повинні перекриватися в просторі та часі. Цей нелінійний механізм покращує роздільну здатність зображення, значно зменшуючи фонові флуоресцентні сигнали, які заважають дослідженням однофотонних процесів. Проілюстровано спрощений фон сигналу. Менша область збудження багатофотонного мікроскопа також запобігає фототоксичності та мінімізує пошкодження зразка.

Рисунок 1: Приклад діаграми шляху променя в експерименті з багатофотонним мікроскопом

Лазерна обробка матеріалів
Джерела надшвидкого лазера також революціонізували лазерну мікрообробку та обробку матеріалів завдяки унікальному способу взаємодії надкоротких імпульсів з матеріалами. Як згадувалося раніше, під час обговорення ЛДТ тривалість надшвидкого імпульсу менша, ніж часовий масштаб дифузії тепла в решітку матеріалу. Надшвидкі лазери створюють набагато меншу зону термічного впливу, ніжнаносекундні імпульсні лазери, що призводить до менших втрат при розрізі та більш точної обробки. Цей принцип також застосовний у медичних застосуваннях, де підвищена точність ультрафарт-лазерного різання допомагає зменшити пошкодження навколишніх тканин та покращує враження пацієнта під час лазерної хірургії.

Атосекундні імпульси: майбутнє надшвидких лазерів
Оскільки дослідження надшвидких лазерів продовжують розвиватися, розробляються нові та вдосконалені джерела світла з коротшою тривалістю імпульсів. Щоб краще зрозуміти швидші фізичні процеси, багато дослідників зосереджуються на генерації атосекундних імпульсів – близько 10-18 с в діапазоні довжин хвиль крайнього ультрафіолетового (XUV) діапазону. Атосекундні імпульси дозволяють відстежувати рух електронів і покращують наше розуміння електронної структури та квантової механіки. Хоча інтеграція атосекундних лазерів XUV у промислові процеси ще не досягла значного прогресу, поточні дослідження та досягнення в цій галузі майже напевно витіснить цю технологію з лабораторій у виробництво, як це було у випадку з фемтосекундними та пікосекундними лазерами.лазерні джерела.