Μοναδικόςεξαιρετικά γρήγορη λέιζερδεύτερο μέρος
Διασπορά και εξάπλωση παλμών: Διασπορά καθυστέρησης ομάδας
Μία από τις πιο δύσκολες τεχνικές προκλήσεις που συναντώνται όταν χρησιμοποιείτε εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ είναι η διατήρηση της διάρκειας των εξαιρετικά βραχυπρόθεσμων παλμών που εκπέμπονται αρχικά από τολέιζερ. Οι εξαιρετικά γρήγοροι παλμοί είναι πολύ ευαίσθητοι στην παραμόρφωση του χρόνου, γεγονός που κάνει τους παλμούς περισσότερο. Αυτό το αποτέλεσμα χειροτερεύει καθώς η διάρκεια του αρχικού παλμού μειώνεται. Ενώ τα εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ μπορούν να εκπέμπουν παλμούς με διάρκεια 50 δευτερολέπτων, μπορούν να ενισχυθούν στο χρόνο χρησιμοποιώντας καθρέφτες και φακούς για να μεταδώσουν τον παλμό στη θέση στόχου ή ακόμα και να μεταδίδουν τον παλμό μέσω του αέρα.
Αυτή η χρονική παραμόρφωση ποσοτικοποιείται χρησιμοποιώντας ένα μέτρο που ονομάζεται ομάδα καθυστερημένη διασπορά (GDD), επίσης γνωστή ως διασπορά δεύτερης τάξης. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν επίσης όροι διασποράς υψηλότερης τάξης που μπορεί να επηρεάσουν την κατανομή χρόνου των παλμών-λέιζερ Ultrafart, αλλά στην πράξη είναι συνήθως επαρκής μόνο για να εξεταστεί η επίδραση του GDD. Το GDD είναι μια τιμή που εξαρτάται από τη συχνότητα που είναι γραμμική ανάλογη προς το πάχος ενός δεδομένου υλικού. Οπτικά μετάδοσης όπως ο φακός, το παράθυρο και τα αντικειμενικά εξαρτήματα έχουν συνήθως θετικές τιμές GDD, πράγμα που δείχνει ότι όταν οι συμπιεσμένοι παλμοί μπορούν να δώσουν στην οπτική μετάδοση μεγαλύτερη διάρκεια παλμού από εκείνες που εκπέμπονται απόσυστήματα λέιζερ. Τα εξαρτήματα με χαμηλότερες συχνότητες (π.χ. μεγαλύτερα μήκη κύματος) διαδίδονται ταχύτερα από τα εξαρτήματα με υψηλότερες συχνότητες (δηλαδή, μικρότερα μήκη κύματος). Καθώς ο παλμός περνάει όλο και περισσότερο, το μήκος κύματος στον παλμό θα συνεχίσει να επεκτείνεται περαιτέρω και περαιτέρω στο χρόνο. Για μικρότερες διάρκειες παλμών και επομένως ευρύτερο εύρος ζώνης, αυτό το αποτέλεσμα είναι περαιτέρω υπερβολικό και μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική παραμόρφωση χρόνου παλμού.
Εφαρμογές Laser Ultrafast
φασματοσκοπία
Από την έλευση των εξαιρετικά γρήγορων πηγών λέιζερ, η φασματοσκοπία ήταν μία από τις κύριες περιοχές εφαρμογής τους. Με τη μείωση της διάρκειας παλμού σε femtoseconds ή ακόμα και attoseconds, δυναμικές διεργασίες στη φυσική, τη χημεία και τη βιολογία που ήταν ιστορικά αδύνατο να παρατηρηθούν μπορούν τώρα να επιτευχθούν. Μία από τις βασικές διεργασίες είναι η ατομική κίνηση και η παρατήρηση της ατομικής κίνησης έχει βελτιώσει την επιστημονική κατανόηση των θεμελιωδών διεργασιών όπως οι μοριακές δονήσεις, η μοριακή διάσπαση και η μεταφορά ενέργειας σε φωτοσυνθετικές πρωτεΐνες.
βιοϊσμός
Τα λέιζερ εξαιρετικά γρήγορης ισχύος υποστηρίζουν μη γραμμικές διεργασίες και βελτιώνουν την ανάλυση για τη βιολογική απεικόνιση, όπως η μικροσκοπία πολλαπλών φωτονίων. Σε ένα σύστημα πολλαπλών φωτονίων, προκειμένου να δημιουργηθεί ένα μη γραμμικό σήμα από ένα βιολογικό μέσο ή φθορίζον στόχο, δύο φωτόνια πρέπει να επικαλύπτονται στο χώρο και το χρόνο. Αυτός ο μη γραμμικός μηχανισμός βελτιώνει την ανάλυση απεικόνισης με σημαντική μείωση των σημάτων φθορισμού υποβάθρου που πλήττουν τις μελέτες των διαδικασιών ενός φωτονίου. Το απλοποιημένο φόντο σήματος απεικονίζεται. Η μικρότερη περιοχή διέγερσης του μικροσκοπίου πολλαπλών μηχανημάτων εμποδίζει επίσης τη φωτοτοξικότητα και ελαχιστοποιεί τη βλάβη του δείγματος.
Εικόνα 1: Παράδειγμα διάγραμμα μιας διαδρομής δέσμης σε ένα πείραμα μικροσκοπίου πολλαπλών φωτονίων
Επεξεργασία υλικού λέιζερ
Οι πηγές Laser Laser Ultrafast έχουν επίσης φέρει επανάσταση στο μικροσκοπικό λέιζερ και την επεξεργασία υλικών λόγω του μοναδικού τρόπου με τον οποίο οι παλμοί Ultrashort αλληλεπιδρούν με τα υλικά. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, όταν συζητάμε για το LDT, η διάρκεια της εξαιρετικά γρήγορης παλμού είναι ταχύτερη από την χρονική κλίμακα διάχυσης θερμότητας στο πλέγμα του υλικού. Τα εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ παράγουν μια πολύ μικρότερη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα από ό, τινανοδευτερόλεπτα παλμικά λέιζερ, με αποτέλεσμα τις απώλειες χαμηλότερης τομής και την ακριβέστερη κατεργασία. Αυτή η αρχή ισχύει και για τις ιατρικές εφαρμογές, όπου η αυξημένη ακρίβεια της κοπής-λέιζερ εξαιρετικά βοηθά στη μείωση της βλάβης στον περιβάλλοντα ιστό και βελτιώνει την εμπειρία του ασθενούς κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης με λέιζερ.
Αστέρφια Attosecond: Το μέλλον των εξαιρετικά γρήγορων λέιζερ
Καθώς η έρευνα συνεχίζει να προάγει εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ, αναπτύσσονται νέες και βελτιωμένες πηγές φωτός με μικρότερες διάρκειες παλμών. Για να αποκτήσουν πληροφορίες για τις ταχύτερες φυσικές διεργασίες, πολλοί ερευνητές επικεντρώνονται στη δημιουργία παλμών Attosecond-περίπου 10-18 δευτερόλεπτα στην ακραία υπεριώδη (XUV) εύρος κύματος. Οι παλμοί Attosecond επιτρέπουν την παρακολούθηση της κίνησης των ηλεκτρονίων και τη βελτίωση της κατανόησης της ηλεκτρονικής δομής και της κβαντικής μηχανικής. Ενώ η ενσωμάτωση των λέιζερ του XUV Attosecond σε βιομηχανικές διαδικασίες δεν έχει ακόμη σημειώσει σημαντική πρόοδο, οι συνεχιζόμενες έρευνες και οι εξελίξεις στον τομέα θα προωθήσουν σχεδόν σίγουρα αυτή την τεχνολογία από το εργαστήριο και την κατασκευή, όπως συνέβη με το Femtosecond και το Picosecondπηγές λέιζερ.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιούνιος 25-2024