УникаленУлтрабърх лазерЧаст втора
Разпръскване и разпространение на импулси: дисперсия на групово забавяне
Едно от най-трудните технически предизвикателства, срещани при използване на ултрабързи лазери, е поддържането на продължителността на ултра-къси импулси, първоначално излъчвани отЛазер. Ултрабързите импулси са много податливи на изкривяване във времето, което прави импулсите по -дълги. Този ефект се влошава, тъй като продължителността на първоначалния импулс се съкращава. Докато ултрабързите лазери могат да излъчват импулси с продължителност 50 секунди, те могат да бъдат усилени във времето, като се използват огледала и лещи, за да предадат импулса на целевото местоположение или дори просто да предават пулса през въздуха.
Това време изкривяване се определя количествено, като се използва мярка, наречена група забавено дисперсия (GDD), известна още като дисперсия от втори ред. Всъщност има и условия за дисперсия от по-висок ред, които могат да повлияят на разпределението на времето на ултрафарт-лазерните импулси, но на практика обикновено е достатъчно само за изследване на ефекта на GDD. GDD е стойност, зависима от честотата, която е линейно пропорционална на дебелината на даден материал. Трансмисионната оптика като обектив, прозорци и обективни компоненти обикновено имат положителни стойности на GDD, което показва, че след като компресираните импулси могат да дадат на оптиката за предаване по -дълга продължителност на импулса от тези, излъчвани отЛазерни системи. Компонентите с по -ниски честоти (т.е. по -дълги дължини на вълната) се разпространяват по -бързо от компонентите с по -високи честоти (т.е. по -къси дължини на вълната). Тъй като пулсът преминава през все повече и повече материя, дължината на вълната в импулса ще продължи да се простира все по -напред и по -нататък във времето. За по -късите продължителност на пулса и следователно по -широки честотни ленти този ефект се преувеличава допълнително и може да доведе до значително изкривяване на импулсното време.
Ултрабързи лазерни приложения
спектроскопия
След появата на ултрабързи лазерни източници, спектроскопията е една от основните им области на приложение. Чрез намаляване на продължителността на пулса до фемтосекунди или дори атосекунди, динамичните процеси във физиката, химията и биологията, които са били исторически невъзможни за наблюдение, могат да бъдат постигнати. Един от ключовите процеси е атомното движение и наблюдението на атомното движение подобри научното разбиране на основните процеси като молекулна вибрация, молекулярна дисоциация и пренос на енергия във фотосинтетичните протеини.
Биоизобразяване
Ултрабърните лазери на върха поддържат нелинейни процеси и подобряват разделителната способност за биологично изображение, като мулти-фотонова микроскопия. В многофотонна система, за да се генерира нелинеен сигнал от биологична среда или флуоресцентна мишена, два фотона трябва да се припокриват в пространството и времето. Този нелинеен механизъм подобрява разделителната способност на изображенията чрез значително намаляване на фоновите флуоресцентни сигнали, които чуват проучвания на еднофотонни процеси. Опростеният фон на сигнала е илюстриран. По -малкият регион на възбуждане на мултифотонния микроскоп също предотвратява фототоксичността и свежда до минимум щетите по пробата.
Фигура 1: Примерна диаграма на пътеката на лъча в експеримент с мултифотонен микроскоп
Лазерна обработка на материали
Ултрабързите лазерни източници също революционизират лазерната микромашиниране и обработката на материали поради уникалния начин, по който ултракортните импулси взаимодействат с материалите. Както бе споменато по -рано, когато обсъждате LDT, продължителността на ултрабърмата импулс е по -бърза от времевата скала на топлинната дифузия в решетката на материала. Ултрабързите лазери произвеждат много по-малка зона, засегната от топлина, отколкотоНаносекундни пулсирани лазери, което води до загуби от по -нисък разреза и по -прецизна обработка. Този принцип е приложим и за медицинските приложения, където повишената точност на рязането на ултрафарт-лазер помага да се намалят щетите от околната тъкан и подобряват опита на пациента по време на лазерна операция.
Атосекундни импулси: Бъдещето на ултрабързи лазери
Тъй като изследванията продължават да развиват ултрабързи лазери, се разработват нови и подобрени източници на светлина с по -къса продължителност на пулса. За да получат представа за по-бързите физически процеси, много изследователи се фокусират върху генерирането на атосекундни импулси-около 10-18 s в екстремния обхват на дължината на вълната на ултравиолетовата (XUV). Атосекундните импулси позволяват проследяването на движението на електроните и подобряват нашето разбиране за електронната структура и квантовата механика. Докато интегрирането на лазерите на XUV AttoSecond в индустриални процеси все още не постига значителен напредък, текущите изследвания и напредък в областта почти сигурно ще изтласкат тази технология от лабораторията и в производството, както беше при фемтосекунда и пикосекундаЛазерни източници.
Време за публикация: юни-25-2024