Edinstvenoultrahitri laserdrugi del
Disperzija in širjenje impulzov: Disperzija skupinske zakasnitve
Eden najtežjih tehničnih izzivov pri uporabi ultrahitrih laserjev je vzdrževanje trajanja ultrakratkih impulzov, ki jih na začetku oddaja laser.laserUltrahitri impulzi so zelo dovzetni za časovno popačenje, zaradi česar so impulzi daljši. Ta učinek se poslabša s krajšanjem trajanja začetnega impulza. Čeprav lahko ultrahitri laserji oddajajo impulze s trajanjem 50 sekund, jih je mogoče časovno ojačati z uporabo ogledal in leč za prenos impulza na ciljno lokacijo ali pa impulz preprosto oddati po zraku.
To časovno popačenje se kvantificira 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 impulzov ultrafartnega laserja, vendar je v praksi običajno dovolj le preučiti učinek GDD. GDD je frekvenčno odvisna vrednost, ki je linearno sorazmerna z debelino danega materiala. Prenosna optika, kot so komponente leče, okna in objektiva, ima običajno pozitivne vrednosti GDD, kar kaže, da lahko stisnjeni impulzi dajo prenosni optiki daljše trajanje impulza kot tisti, ki jih oddajajolaserski sistemiKomponente z nižjimi frekvencami (tj. daljšimi valovnimi dolžinami) se širijo hitreje kot komponente z višjimi frekvencami (tj. krajšimi valovnimi dolžinami). Ko impulz prehaja skozi vedno več snovi, se bo valovna dolžina v impulzu časovno vedno bolj podaljševala. Pri krajših trajanjih impulzov in s tem širših pasovnih širinah se ta učinek še poveča in lahko povzroči znatno popačenje časa impulza.
Ultrahitre laserske aplikacije
spektroskopija
Od pojava ultrahitrih laserskih virov je 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 je bilo v preteklosti nemogoče opazovati. Eden ključnih procesov je gibanje atomov, opazovanje gibanja atomov pa je izboljšalo znanstveno razumevanje temeljnih procesov, kot so molekularne vibracije, molekularna disociacija in prenos energije v fotosintetskih beljakovinah.
biološko slikanje
Ultrahitri laserji z največjo močjo podpirajo nelinearne procese in izboljšujejo ločljivost pri biološkem slikanju, kot je večfotonska mikroskopija. V večfotonskem sistemu se morata za generiranje nelinearnega signala iz biološkega medija ali fluorescentne tarče dva fotona prekrivati v prostoru in času. Ta nelinearni mehanizem izboljša ločljivost slikanja z znatnim zmanjšanjem signalov fluorescence ozadja, ki otežujejo študije procesov z enim fotonom. Prikazan je poenostavljen prikaz signala ozadja. Manjše območje vzbujanja večfotonskega mikroskopa preprečuje tudi fototoksičnost in zmanjšuje poškodbe vzorca.
Slika 1: Primer diagrama poti žarka v poskusu z večfotonskim mikroskopom
Laserska obdelava materialov
Ultrahitri laserski viri so prav tako revolucionarno spremenili lasersko mikroobdelavo in obdelavo materialov zaradi edinstvenega načina interakcije ultrakratkih impulzov z materiali. Kot smo že omenili, je pri razpravi o LDT trajanje ultrahitrega impulza krajše od časovne lestvice difuzije toplote v mrežo materiala. Ultrahitri laserji ustvarijo veliko manjše območje, ki ga prizadene toplota, kot ...nanosekundni impulzni laserji, kar ima za posledico manjše izgube pri rezu in natančnejšo obdelavo. To načelo se uporablja tudi v medicinskih aplikacijah, kjer povečana natančnost ultrafartnega laserskega rezanja pomaga zmanjšati poškodbe okoliškega tkiva in izboljša izkušnjo pacienta med lasersko operacijo.
Atosekundni impulzi: prihodnost ultrahitrih laserjev
Ker raziskave še naprej izboljšujejo ultrahitre laserje, se razvijajo novi in izboljšani viri svetlobe s krajšim trajanjem impulzov. Da bi dobili vpogled v hitrejše fizikalne procese, se mnogi raziskovalci osredotočajo na generiranje atosekundnih impulzov – približno 10-18 s v območju ekstremnih ultravijoličnih (XUV) valovnih dolžin. Atosekundni impulzi omogočajo sledenje gibanju elektronov in izboljšujejo naše razumevanje elektronske strukture in kvantne mehanike. Čeprav integracija XUV atosekundnih laserjev v industrijske procese še ni bistveno napredovala, bodo nenehne raziskave in napredek na tem področju skoraj zagotovo to tehnologijo izrinili iz laboratorijev v proizvodnjo, kot je to že bilo v primeru femtosekundnih in pikosekundnih laserjev.laserski viri.
Čas objave: 25. junij 2024