Μοναδικόςεξαιρετικά γρήγορο λέιζερμέρος δεύτερο
Διασπορά και εξάπλωση παλμών: Διασπορά καθυστέρησης ομάδας
Μία από τις πιο δύσκολες τεχνικές προκλήσεις που αντιμετωπίζονται κατά τη χρήση υπερταχέων λέιζερ είναι η διατήρηση της διάρκειας των εξαιρετικά σύντομων παλμών που εκπέμπονται αρχικά από τολέιζερΟι εξαιρετικά γρήγοροι παλμοί είναι πολύ ευαίσθητοι στην παραμόρφωση του χρόνου, η οποία τους κάνει να διαρκούν περισσότερο. Αυτό το φαινόμενο επιδεινώνεται καθώς η διάρκεια του αρχικού παλμού μειώνεται. Ενώ τα εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ μπορούν να εκπέμπουν παλμούς διάρκειας 50 δευτερολέπτων, αυτοί μπορούν να ενισχυθούν χρονικά χρησιμοποιώντας καθρέφτες και φακούς για τη μετάδοση του παλμού στην τοποθεσία-στόχο ή ακόμα και απλώς να μεταδώσουν τον παλμό μέσω του αέρα.
Αυτή η χρονική παραμόρφωση ποσοτικοποιείται χρησιμοποιώντας ένα μέτρο που ονομάζεται διασπορά καθυστέρησης ομάδας (GDD), επίσης γνωστή ως διασπορά δεύτερης τάξης. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν επίσης όροι διασποράς υψηλότερης τάξης που μπορεί να επηρεάσουν την κατανομή χρόνου των παλμών υπερ-φάρτ-λέιζερ, αλλά στην πράξη, συνήθως αρκεί απλώς να εξεταστεί η επίδραση της GDD. Η GDD είναι μια τιμή που εξαρτάται από τη συχνότητα και είναι γραμμικά ανάλογη με το πάχος ενός δεδομένου υλικού. Τα οπτικά συστήματα μετάδοσης, όπως τα στοιχεία του φακού, του παραθύρου και του αντικειμενικού φακού, έχουν συνήθως θετικές τιμές GDD, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι παλμοί που έχουν συμπιεστεί μπορούν να δώσουν στα οπτικά συστήματα μετάδοσης μεγαλύτερη διάρκεια παλμού από αυτούς που εκπέμπονται απόσυστήματα λέιζερΤα στοιχεία με χαμηλότερες συχνότητες (δηλαδή, μεγαλύτερα μήκη κύματος) διαδίδονται ταχύτερα από τα στοιχεία με υψηλότερες συχνότητες (δηλαδή, μικρότερα μήκη κύματος). Καθώς ο παλμός διέρχεται από όλο και περισσότερη ύλη, το μήκος κύματος στον παλμό θα συνεχίσει να εκτείνεται όλο και περισσότερο στο χρόνο. Για μικρότερες διάρκειες παλμών και επομένως μεγαλύτερα εύρη ζώνης, αυτό το φαινόμενο είναι περαιτέρω υπερβολικό και μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική παραμόρφωση του χρόνου παλμού.
Εξαιρετικά γρήγορες εφαρμογές λέιζερ
φασματοσκοπία
Από την εμφάνιση των υπερταχέων πηγών λέιζερ, η φασματοσκοπία αποτελεί έναν από τους κύριους τομείς εφαρμογής τους. Μειώνοντας τη διάρκεια του παλμού σε φεμτοδευτερόλεπτα ή ακόμα και αττοδευτερόλεπτα, μπορούν πλέον να επιτευχθούν δυναμικές διεργασίες στη φυσική, τη χημεία και τη βιολογία που ιστορικά ήταν αδύνατο να παρατηρηθούν. Μία από τις βασικές διεργασίες είναι η ατομική κίνηση και η παρατήρηση της ατομικής κίνησης έχει βελτιώσει την επιστημονική κατανόηση θεμελιωδών διεργασιών όπως η μοριακή δόνηση, η μοριακή διάσπαση και η μεταφορά ενέργειας στις φωτοσυνθετικές πρωτεΐνες.
βιοαπεικόνιση
Τα υπερταχέα λέιζερ μέγιστης ισχύος υποστηρίζουν μη γραμμικές διεργασίες και βελτιώνουν την ανάλυση για βιολογική απεικόνιση, όπως η μικροσκοπία πολλαπλών φωτονίων. Σε ένα σύστημα πολλαπλών φωτονίων, για να δημιουργηθεί ένα μη γραμμικό σήμα από ένα βιολογικό μέσο ή φθορίζοντα στόχο, δύο φωτόνια πρέπει να επικαλύπτονται στο χώρο και στο χρόνο. Αυτός ο μη γραμμικός μηχανισμός βελτιώνει την ανάλυση απεικόνισης μειώνοντας σημαντικά τα σήματα φθορισμού υποβάθρου που πλήττουν μελέτες διεργασιών ενός φωτονίου. Απεικονίζεται το απλοποιημένο υπόβαθρο σήματος. Η μικρότερη περιοχή διέγερσης του πολυφωτονικού μικροσκοπίου αποτρέπει επίσης τη φωτοτοξικότητα και ελαχιστοποιεί τη ζημιά στο δείγμα.
Σχήμα 1: Ένα παράδειγμα διαγράμματος μιας διαδρομής δέσμης σε ένα πείραμα πολυφωτονικού μικροσκοπίου
Επεξεργασία υλικού με λέιζερ
Οι πηγές υπερταχείας λέιζερ έχουν επίσης φέρει επανάσταση στην μικροκατεργασία με λέιζερ και στην επεξεργασία υλικών λόγω του μοναδικού τρόπου με τον οποίο οι υπερβραχείς παλμοί αλληλεπιδρούν με τα υλικά. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, όταν συζητάμε για την LDT, η διάρκεια του υπερταχέος παλμού είναι ταχύτερη από την χρονική κλίμακα διάχυσης θερμότητας στο πλέγμα του υλικού. Τα υπερταχέα λέιζερ παράγουν μια πολύ μικρότερη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα από ό,τιπαλμικά λέιζερ νανοδευτερολέπτων, με αποτέλεσμα χαμηλότερες απώλειες κατά την τομή και ακριβέστερη κατεργασία. Αυτή η αρχή εφαρμόζεται επίσης σε ιατρικές εφαρμογές, όπου η αυξημένη ακρίβεια της κοπής με υπερ-κλίση λέιζερ βοηθά στη μείωση της βλάβης στον περιβάλλοντα ιστό και βελτιώνει την εμπειρία του ασθενούς κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης με λέιζερ.
Παλμοί αττοδευτερολέπτου: το μέλλον των υπερταχέων λέιζερ
Καθώς η έρευνα συνεχίζει να προωθεί τα υπερταχέα λέιζερ, αναπτύσσονται νέες και βελτιωμένες πηγές φωτός με μικρότερες διάρκειες παλμών. Για να κατανοήσουν καλύτερα τις ταχύτερες φυσικές διεργασίες, πολλοί ερευνητές επικεντρώνονται στη δημιουργία παλμών αττοδευτερολέπτου - περίπου 10-18 s στην περιοχή μήκους κύματος ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας (XUV). Οι παλμοί αττοδευτερολέπτου επιτρέπουν την παρακολούθηση της κίνησης των ηλεκτρονίων και βελτιώνουν την κατανόησή μας για την ηλεκτρονική δομή και την κβαντομηχανική. Ενώ η ενσωμάτωση των λέιζερ αττοδευτερολέπτου XUV σε βιομηχανικές διεργασίες δεν έχει ακόμη σημειώσει σημαντική πρόοδο, η συνεχιζόμενη έρευνα και οι εξελίξεις στον τομέα σχεδόν σίγουρα θα ωθήσουν αυτήν την τεχνολογία εκτός εργαστηρίου και στην κατασκευή, όπως έχει συμβεί με τα φεμτοδευτερολέπτα και τα πικοδευτερολέπτα.πηγές λέιζερ.
Ώρα δημοσίευσης: 25 Ιουνίου 2024