Jedinstvenoultrabrzi laserdrugi dio
Disperzija i širenje impulsa: Grupna disperzija kašnjenja
Jedan od najtežih tehničkih izazova s kojima se susreće pri korištenju ultrabrzih lasera je održavanje trajanja ultrakratkih impulsa koje u početku emitujelaser. Ultrabrzi impulsi su veoma podložni vremenskom izobličenju, što čini impulse dužim. Ovaj efekat se pogoršava kako se trajanje početnog pulsa skraćuje. Dok ultrabrzi laseri mogu emitovati impulse u trajanju od 50 sekundi, oni se mogu pojačati u vremenu korištenjem ogledala i sočiva za prijenos impulsa do ciljane lokacije, ili čak samo prijenos impulsa kroz zrak.
Ovo vremensko izobličenje se kvantificira pomoću mjere koja se zove grupna odložena disperzija (GDD), također poznata kao disperzija drugog reda. U stvari, postoje i termini disperzije višeg reda koji mogu uticati na vremensku distribuciju ultrafart-laserskih impulsa, ali u praksi je obično dovoljno samo ispitati efekat GDD. GDD je frekvencijsko zavisna vrijednost koja je linearno proporcionalna debljini datog materijala. Transmisiona optika kao što su komponente sočiva, prozora i objektiva obično imaju pozitivne GDD vrijednosti, što ukazuje da jednom kompresovani impulsi mogu dati optici za prijenos duže trajanje impulsa od onih koje emitujulaserski sistemi. Komponente sa nižim frekvencijama (tj. duže talasne dužine) šire se brže od komponenti sa višim frekvencijama (tj. kraćih talasnih dužina). Kako puls prolazi kroz sve više i više materije, talasna dužina u pulsu će nastaviti da se širi sve dalje i dalje u vremenu. Za kraće trajanje impulsa, a samim tim i širi opseg, ovaj efekat je dodatno pojačan i može dovesti do značajnog izobličenja vremena impulsa.
Ultrabrze laserske aplikacije
spektroskopija
Od pojave ultrabrzih laserskih izvora, spektroskopija je bila jedno od njihovih glavnih područja primjene. Smanjenjem trajanja pulsa na femtosekunde ili čak atosekunde, sada se mogu postići dinamički procesi u fizici, hemiji i biologiji koje je istorijski bilo nemoguće posmatrati. Jedan od ključnih procesa je atomsko kretanje, a posmatranje atomskog kretanja je poboljšalo naučno razumijevanje fundamentalnih procesa kao što su molekularna vibracija, molekularna disocijacija i prijenos energije u fotosintetskim proteinima.
bioimaging
Ultrabrzi laseri najveće snage podržavaju nelinearne procese i poboljšavaju rezoluciju za biološke slike, kao što je multifotonska mikroskopija. U višefotonskom sistemu, da bi se generisao nelinearni signal iz biološke sredine ili fluorescentne mete, dva fotona se moraju preklapati u prostoru i vremenu. Ovaj nelinearni mehanizam poboljšava rezoluciju slike tako što značajno smanjuje pozadinske fluorescentne signale koji muče studije jednofotonskih procesa. Pojednostavljena pozadina signala je ilustrovana. Manje područje ekscitacije multifotonskog mikroskopa također sprječava fototoksičnost i minimizira oštećenje uzorka.
Slika 1: Primjer dijagrama putanje zraka u eksperimentu s više fotona mikroskopa
Laserska obrada materijala
Ultrabrzi laserski izvori su također revolucionirali lasersku mikromašinsku obradu i obradu materijala zbog jedinstvenog načina interakcije ultrakratkih impulsa s materijalima. Kao što je ranije spomenuto, kada se raspravlja o LDT-u, ultrabrzo trajanje impulsa je brže od vremenske skale difuzije topline u rešetku materijala. Ultrabrzi laseri proizvode mnogo manju zonu toplotnog uticaja negonanosekundni pulsni laseri, što rezultira manjim gubicima urezivanja i preciznijom obradom. Ovaj princip je također primjenjiv na medicinske primjene, gdje povećana preciznost ultrafart-laserskog rezanja pomaže u smanjenju oštećenja okolnog tkiva i poboljšava iskustvo pacijenta tokom laserske operacije.
Attosekundni impulsi: budućnost ultrabrzih lasera
Kako istraživanja nastavljaju da unapređuju ultrabrze lasere, razvijaju se novi i poboljšani izvori svjetlosti s kraćim trajanjem impulsa. Da bi stekli uvid u brže fizičke procese, mnogi istraživači se fokusiraju na generiranje attosekundnih impulsa – oko 10-18 s u ekstremnom ultraljubičastom (XUV) opsegu valnih dužina. Attosekundni impulsi omogućavaju praćenje kretanja elektrona i poboljšavaju naše razumijevanje elektronske strukture i kvantne mehanike. Dok integracija XUV attosekundnih lasera u industrijske procese tek treba da postigne značajan napredak, tekuća istraživanja i napredak u ovoj oblasti će gotovo sigurno potisnuti ovu tehnologiju iz laboratorija u proizvodnju, kao što je bio slučaj sa femtosekundom i pikosekundom.laserski izvori.
Vrijeme objave: Jun-25-2024