Edinstveni ultrahitri laser drugi del

Edinstvenaultra hiter laserdrugi del

Disperzija in širjenje impulza: disperzija skupinske zakasnitve
Eden najtežjih tehničnih izzivov pri uporabi ultrahitrih laserjev je ohranjanje trajanja ultra kratkih impulzov, ki jih na začetku oddaja laser.laser. Ultrahitri impulzi so zelo dovzetni za časovno popačenje, zaradi česar so impulzi daljši. Ta učinek se poslabša, ko se trajanje začetnega impulza skrajša. Medtem ko lahko ultrahitri laserji oddajajo impulze s trajanjem 50 sekund, jih je mogoče sčasoma ojačati z uporabo ogledal in leč za prenos impulza na ciljno lokacijo ali celo le prenos impulza po zraku.

To časovno popačenje je kvantificirano z mero, imenovano skupinska zakasnjena disperzija (GDD), znana tudi kot disperzija drugega reda. Pravzaprav obstajajo tudi disperzijski členi višjega reda, ki lahko vplivajo na časovno porazdelitev ultrafart laserskih impulzov, vendar v praksi običajno zadošča samo preučiti učinek GDD. GDD je od frekvence odvisna vrednost, ki je linearno sorazmerna z debelino danega materiala. Transmisijska optika, kot so komponente leče, okna in objektiva, imajo običajno pozitivne vrednosti GDD, kar pomeni, da lahko enkrat stisnjeni impulzi dajo transmisijski optiki daljše trajanje impulza kot tisti, ki jih oddajalaserski sistemi. Komponente z nižjimi frekvencami (tj. daljše valovne dolžine) se širijo hitreje kot komponente z višjimi frekvencami (tj. krajše valovne dolžine). Ko pulz prehaja skozi vedno več snovi, se bo valovna dolžina pulza v času še naprej podaljševala. Pri krajšem trajanju impulza in s tem širših pasovnih širinah je ta učinek še dodatno povečan in lahko povzroči znatno popačenje časa impulza.

Ultra hitre laserske aplikacije
spektroskopija
Od pojava ultrahitrih laserskih virov je bila spektroskopija eno njihovih glavnih področij uporabe. Z zmanjšanjem trajanja impulza na femtosekunde ali celo atosekunde je zdaj mogoče doseči dinamične procese v fiziki, kemiji in biologiji, ki jih v preteklosti ni bilo mogoče opazovati. Eden od ključnih procesov je gibanje atomov in opazovanje gibanja atomov je izboljšalo znanstveno razumevanje temeljnih procesov, kot so molekularne vibracije, molekularna disociacija in prenos energije v fotosintetskih proteinih.

biološko slikanje
Ultrahitri laserji največje moči podpirajo nelinearne procese in izboljšujejo ločljivost za biološko slikanje, kot je večfotonska mikroskopija. V večfotonskem sistemu se morata za ustvarjanje nelinearnega signala iz biološkega medija ali fluorescenčne tarče dva fotona prekrivati ​​v prostoru in času. Ta nelinearni mehanizem izboljša slikovno ločljivost z občutnim zmanjšanjem fluorescenčnih signalov v ozadju, ki motijo ​​študije enofotonskih procesov. Ilustrirano je poenostavljeno ozadje signala. Manjše območje vzbujanja večfotonskega mikroskopa prav tako preprečuje fototoksičnost in zmanjšuje poškodbe vzorca.

Slika 1: Primer diagrama poti žarka v eksperimentu z večfotonskim mikroskopom

Laserska obdelava materiala
Ultrahitri laserski viri so prav tako revolucionirali lasersko mikroobdelavo in obdelavo materialov zaradi edinstvenega načina interakcije ultrakratkih impulzov z materiali. Kot smo že omenili, ko govorimo o LDT, je trajanje ultrahitrega impulza krajše od časovne lestvice difuzije toplote v mrežo materiala. Ultrahitri laserji proizvajajo veliko manjšo toplotno prizadeto cono kotnanosekundni impulzni laserji, kar ima za posledico manjše izgube pri vrezovanju in natančnejšo obdelavo. To načelo je uporabno tudi v medicinskih aplikacijah, kjer povečana natančnost ultrafart laserskega rezanja pomaga zmanjšati poškodbe okoliškega tkiva in izboljša izkušnjo bolnika med lasersko operacijo.

Attosekundni impulzi: prihodnost ultrahitrih laserjev
Ker raziskave še naprej napredujejo pri ultra hitrih laserjih, se razvijajo novi in ​​izboljšani viri svetlobe s krajšim trajanjem impulza. Da bi pridobili vpogled v hitrejše fizikalne procese, se številni raziskovalci osredotočajo na ustvarjanje atosekundnih impulzov – približno 10–18 s v ekstremnem ultravijoličnem (XUV) območju valovnih dolžin. Attosekundni impulzi omogočajo sledenje gibanja elektronov in izboljšujejo naše razumevanje elektronske strukture in kvantne mehanike. Medtem ko integracija atosekundnih laserjev XUV v industrijske procese še ni dosegla znatnega napredka, bodo tekoče raziskave in napredek na tem področju skoraj zagotovo potisnili to tehnologijo iz laboratorija v proizvodnjo, kot se je zgodilo s femtosekundo in pikosekundo.laserski viri.