Унікальнийультрашвидкий лазерЧастина друга
Дисперсія та розповсюдження пульсу: Групова затримка дисперсія
Одне з найскладніших технічних проблем, що виникають при використанні ультрашвидких лазерівлазер. Ультрашвидкі імпульси дуже сприйнятливі до спотворення часу, що робить імпульси довше. Цей ефект погіршується, оскільки тривалість початкового імпульсу скорочується. У той час як ультрашвидкі лазери можуть випромінювати імпульси тривалістю 50 секунд, їх можна посилити в часі, використовуючи дзеркала та лінзи для передачі імпульсу в цільове місце, або навіть просто передавати імпульс через повітря.
Цього часу спотворення кількісно визначається за допомогою міри, яка називається груповою затримкою дисперсії (GDD), також відомою як дисперсія другого порядку. Насправді, є також терміни дисперсії вищого порядку, які можуть впливати на розподіл часу імпульсів ультрафартів, але на практиці, як правило, достатньо лише для вивчення ефекту GDD. GDD-це залежне від частоти значення, яке лінійно пропорційне товщини заданого матеріалу. Оптика передач, такі як об'єктив, вікно та об'єктивні компоненти, як правило, мають позитивні значення GDD, що вказує на те, що колись стислі імпульси можуть надати оптиці передачі більш тривалості імпульсу, ніж ті, що випромінюютьсяЛазерні системи. Компоненти з нижчими частотами (тобто довші довжини хвилі) поширюються швидше, ніж компоненти з більш високими частотами (тобто, коротші довжини хвиль). По мірі того, як пульс проходить через все більше і більше матерії, довжина хвилі в імпульсі продовжуватиме продовжуватися далі і далі. Для коротших тривалості імпульсу, а отже, і більш широкі пропускні пропускання, цей ефект ще більше перебільшений і може призвести до значного спотворення часу імпульсу.
Ультрашвидкі лазерні програми
спектроскопія
З появи ультрашвидких лазерних джерел спектроскопія була однією з основних областей застосування. Зменшуючи тривалість імпульсу до фемтосекунд або навіть аттосекунд, тепер можуть бути досягнуті динамічні процеси фізики, хімії та біології, які історично неможливо спостерігати. Одним із ключових процесів є атомний рух, і спостереження атомного руху покращило наукове розуміння фундаментальних процесів, таких як молекулярна вібрація, молекулярна дисоціація та перенесення енергії у фотосинтетичних білках.
біомітація
Ультрашвидкі лазери Peak-Power підтримують нелінійні процеси та покращують роздільну здатність біологічної візуалізації, наприклад, мультифотонну мікроскопію. У багатофотонній системі, щоб генерувати нелінійний сигнал з біологічного середовища або флуоресцентної цілі, два фотони повинні перетинатися в просторі та часу. Цей нелінійний механізм покращує роздільну здатність візуалізації за рахунок значного зменшення фонових сигналів флуоресценції, які чують дослідження однофотонних процесів. Проілюстровано спрощеного фону сигналу. Менша область збудження багатофотонного мікроскопа також запобігає фототоксичності та мінімізує пошкодження зразка.
Малюнок 1: Прикладна схема шляху променя в експерименті з багатофотонним мікроскопом
Обробка лазерних матеріалів
Ультрашвидкі лазерні джерела також революціонізували лазерну мікромашину та обробку матеріалів завдяки унікальному способу, коли ультрашортові імпульси взаємодіють з матеріалами. Як було сказано раніше, при обговоренні ЛДТ тривалість ультрашвидкого імпульсу швидша, ніж часова шкала дифузії тепла в решітку матеріалу. Ультрашвидкі лазери виробляють набагато меншу зону, що постраждалі від тепла, ніжНаносекунд імпульсні лазери, внаслідок чого зниження втрати розрізу та більш точну обробку. Цей принцип також застосовний до медичних застосувань, де підвищена точність різання ультрафартового лазера допомагає зменшити пошкодження навколишньої тканини та покращує досвід пацієнта під час лазерної хірургії.
Аттосекундні імпульси: майбутнє ультрашвидких лазерів
Оскільки дослідження продовжують просувати ультрашвидкі лазери, розробляються нові та вдосконалені джерела світла з коротшими тривалості імпульсу. Щоб отримати розуміння більш швидких фізичних процесів, багато дослідників зосереджуються на генерації атосоекундних імпульсів-приблизно 10-18 с у крайньому діапазоні довжин хвиль ультрафіолетового (XUV). Аттосекундні імпульси дозволяють відстежувати рух електронів та покращити наше розуміння електронної структури та квантової механіки. Незважаючи на те, що інтеграція xuv атосекундних лазерів у промислові процеси ще не досягла значного прогресу, постійні дослідження та просування в цій галузі майже напевно висунуть цю технологію з лабораторії та на виробництво, як це було у випадку з фемтосекундами та пікосекундЛазерні джерела.
Час посади: 25-2024 червня