Jedinstvenoultrabrzi laserdrugi dio
Disperzija i širenje impulsa: Disperzija grupnog kašnjenja
Jedan od najtežih tehničkih izazova s kojima se susrećemo pri korištenju ultrabrzih lasera je održavanje trajanja ultrakratkih impulsa koje inicijalno emituje...laserUltrabrzi impulsi su vrlo osjetljivi na vremensko izobličenje, što impulse čini dužim. Ovaj efekat se pogoršava kako se trajanje početnog impulsa skraćuje. Iako ultrabrzi laseri mogu emitovati impulse u trajanju od 50 sekundi, oni se mogu vremenski pojačati korištenjem ogledala i sočiva za prenos impulsa do ciljne lokacije, ili čak samo prenosom impulsa kroz vazduh.
Ovo vremensko izobličenje se kvantificira korištenjem mjere koja se naziva grupna disperzija sa kašnjenjem (GDD), poznata i kao disperzija drugog reda. U stvari, postoje i članovi disperzije višeg reda koji mogu utjecati na vremensku distribuciju ultrafart-laserskih impulsa, ali u praksi je obično dovoljno samo ispitati učinak GDD-a. GDD je vrijednost zavisna od frekvencije koja je linearno proporcionalna debljini datog materijala. Transmisijska optika kao što su komponente sočiva, prozora i objektiva obično ima pozitivne GDD vrijednosti, što ukazuje na to da jednom komprimirani impulsi mogu dati transmisijskoj optici duže trajanje impulsa od onih koje emitiraju...laserski sistemiKomponente s nižim frekvencijama (tj. dužim talasnim dužinama) šire se brže od komponenti s višim frekvencijama (tj. kraćim talasnim dužinama). Kako impuls prolazi kroz sve više materije, talasna dužina u impulsu će se nastaviti produžavati sve dalje i dalje u vremenu. Za kraća trajanja impulsa, a samim tim i šire propusne opsege, ovaj efekat je dodatno preuveličan i može rezultirati značajnim izobličenjem vremena impulsa.
Ultrabrze laserske primjene
spektroskopija
Od pojave ultrabrzih laserskih izvora, spektroskopija je jedno od njihovih glavnih područja primjene. Smanjenjem trajanja impulsa na femtosekunde ili čak atosekunde, sada se mogu postići dinamički procesi u fizici, hemiji i biologiji koje je historijski bilo nemoguće posmatrati. Jedan od ključnih procesa je kretanje atoma, a posmatranje kretanja atoma poboljšalo je naučno razumijevanje fundamentalnih procesa kao što su molekularne vibracije, molekularna disocijacija i prijenos energije u fotosintetskim proteinima.
bioimaging
Ultrabrzi laseri vršne snage podržavaju nelinearne procese i poboljšavaju rezoluciju za biološko snimanje, kao što je višefotonska mikroskopija. U višefotonskom sistemu, da bi se generirao nelinearni signal iz biološkog medija ili fluorescentne mete, dva fotona se moraju preklapati u prostoru i vremenu. Ovaj nelinearni mehanizam poboljšava rezoluciju snimanja značajnim smanjenjem pozadinskih fluorescentnih signala koji otežavaju proučavanje procesa s jednim fotonom. Ilustrovana je pojednostavljena pozadina signala. Manje područje pobuđivanja višefotonskog mikroskopa također sprječava fototoksičnost i minimizira oštećenje uzorka.
Slika 1: Primjer dijagrama putanje snopa u eksperimentu s višefotonskim mikroskopom
Laserska obrada materijala
Ultrabrzi laserski izvori su također revolucionirali lasersku mikroobradu i obradu materijala zbog jedinstvenog načina na koji ultrakratki impulsi interaguju s materijalima. Kao što je ranije spomenuto, kada se govori o LDT-u, trajanje ultrabrzog impulsa je brže od vremenske skale difuzije topline u rešetku materijala. Ultrabrzi laseri proizvode mnogo manju zonu utjecaja topline negonanosekundni pulsni laseri, što rezultira manjim gubicima pri rezu i preciznijom obradom. Ovaj princip se može primijeniti i u medicinskim primjenama, gdje povećana preciznost ultrafart-laserskog rezanja pomaže u smanjenju oštećenja okolnog tkiva i poboljšava iskustvo pacijenta tokom laserske operacije.
Atosekundni impulsi: budućnost ultrabrzih lasera
Kako istraživanja nastavljaju unapređivati ultrabrze lasere, razvijaju se novi i poboljšani izvori svjetlosti s kraćim trajanjem impulsa. Kako bi stekli uvid u brže fizičke procese, mnogi istraživači se fokusiraju na generiranje atosekundnih impulsa - oko 10-18 s u ekstremnom ultraljubičastom (XUV) rasponu valnih duljina. Atosekundni impulsi omogućavaju praćenje kretanja elektrona i poboljšavaju naše razumijevanje elektronske strukture i kvantne mehanike. Iako integracija XUV atosekundnih lasera u industrijske procese još nije ostvarila značajan napredak, tekuća istraživanja i napredak u ovoj oblasti gotovo sigurno će izgurati ovu tehnologiju iz laboratorija u proizvodnju, kao što je bio slučaj s femtosekundnim i pikosekundnim laserima.laserski izvori.
Vrijeme objave: 25. juni 2024.