Уникаленултрабърз лазерчаст втора
Дисперсия и разпространение на импулси: Дисперсия на групово забавяне
Едно от най-трудните технически предизвикателства, срещани при използването на ултрабързи лазери, е поддържането на продължителността на ултракъсите импулси, първоначално излъчвани от...лазерУлтрабързите импулси са много податливи на изкривяване във времето, което ги прави по-дълги. Този ефект се влошава с намаляването на продължителността на първоначалния импулс. Въпреки че ултрабързите лазери могат да излъчват импулси с продължителност 50 секунди, те могат да бъдат усилени във времето чрез използване на огледала и лещи за предаване на импулса до целевото място или дори просто чрез предаване на импулса през въздух.
Това времево изкривяване се определя количествено с помощта на мярка, наречена групово забавено разпределение (GDD), известна още като дисперсия от втори ред. Всъщност съществуват и членове на дисперсията от по-висок ред, които могат да повлияят на времевото разпределение на ултрафарт лазерните импулси, но на практика обикновено е достатъчно само да се изследва ефектът на GDD. GDD е честотно зависима стойност, която е линейно пропорционална на дебелината на даден материал. Предавателните оптики, като например компоненти на леща, прозорец и обектив, обикновено имат положителни стойности на GDD, което показва, че веднъж компресираните импулси могат да дадат на предавателните оптики по-голяма продължителност на импулса от тези, излъчвани от...лазерни системиКомпонентите с по-ниски честоти (т.е. по-дълги дължини на вълните) се разпространяват по-бързо от компонентите с по-високи честоти (т.е. по-къси дължини на вълните). С преминаването на импулса през все повече материя, дължината на вълната в него ще продължи да се разширява все повече и повече във времето. При по-кратки продължителности на импулса и следователно по-широки честотни ленти, този ефект е допълнително засилен и може да доведе до значително изкривяване на времето на импулса.
Ултрабързи лазерни приложения
спектроскопия
След появата на ултрабързи лазерни източници, спектроскопията е една от основните им области на приложение. Чрез намаляване на продължителността на импулса до фемтосекунди или дори атосекунди, сега могат да се постигнат динамични процеси във физиката, химията и биологията, които исторически са били невъзможни за наблюдение. Един от ключовите процеси е атомното движение, а наблюдението на атомното движение е подобрило научното разбиране на фундаментални процеси като молекулярни вибрации, молекулярна дисоциация и пренос на енергия във фотосинтетичните протеини.
биоизобразяване
Ултрабързите лазери с пикова мощност поддържат нелинейни процеси и подобряват разделителната способност за биологично изобразяване, като например многофотонна 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 изображението, като значително намалява фоновите флуоресцентни сигнали, които затрудняват изследванията на еднофотонни процеси. Илюстриран е опростен фон на сигнала. По-малката област на възбуждане на многофотонния микроскоп също така предотвратява фототоксичността и минимизира увреждането на пробата.
Фигура 1: Примерна диаграма на пътя на лъча в експеримент с многофотонен микроскоп
Лазерна обработка на материали
Ултрабързите лазерни източници също така революционизираха лазерната микрообработка и обработката на материали, благодарение на уникалния начин, по който ултракъсите импулси взаимодействат с материалите. Както бе споменато по-рано, когато обсъждаме LDT, продължителността на ултрабързия импулс е по-бърза от времевата скала на дифузия на топлината в решетката на материала. Ултрабързите лазери създават много по-малка зона, засегната от топлина, отколкото...наносекундни импулсни лазери, което води до по-малки загуби от разрези и по-прецизна обработка. Този принцип е приложим и за медицински приложения, където повишената прецизност на ултрафарт лазерното рязане помага за намаляване на увреждането на околните тъкани и подобрява преживяването на пациента по време на лазерна хирургия.
Атосекундни импулси: бъдещето на ултрабързите лазери
Тъй като изследванията продължават да усъвършенстват ултрабързите лазери, се разработват нови и подобрени източници на светлина с по-кратка продължителност на импулсите. За да получат представа за по-бързите физически процеси, много изследователи се фокусират върху генерирането на атосекундни импулси – около 10-18 s в крайния ултравиолетов (XUV) диапазон на дължината на вълната. Атосекундните импулси позволяват проследяване на движението на електроните и подобряват разбирането ни за електронната структура и квантовата механика. Въпреки че интеграцията на XUV атосекундните лазери в промишлените процеси все още не е постигнала значителен напредък, текущите изследвания и напредък в областта почти сигурно ще изтласкат тази технология от лабораторията в производството, както се случи с фемтосекундните и пикосекундните лазери.лазерни източници.
Време на публикуване: 25 юни 2024 г.