Uniekultrasnelle laserDeel twee
Dispersie en pulsspreiding: dispersie van groepsvertragingen
Een van de moeilijkste technische uitdagingen die zich voordoen bij het gebruik van ultrasnelle lasers is het handhaven van de duur van de ultrakorte pulsen die aanvankelijk worden uitgestoten door delaser. Ultrasnelle pulsen zijn zeer gevoelig voor tijdsvervorming, waardoor de pulsen langer worden. Dit effect wordt erger naarmate de duur van de initiële puls verkort. Hoewel ultrasnelle lasers pulsen kunnen uitstoten met een duur van 50 seconden, kunnen ze in de tijd worden versterkt door spiegels en lenzen te gebruiken om de puls naar de doellocatie te verzenden, of zelfs gewoon de puls door de lucht verzenden.
Deze keer wordt vervorming gekwantificeerd met behulp van een maatregel genaamd groep vertraagde dispersie (GDD), ook bekend als spreiding van de tweede orde. In feite zijn er ook dispersietermen van hogere orde die de tijdsverdeling van ultrafart-laserpulsen kunnen beïnvloeden, maar in de praktijk is het meestal voldoende om het effect van de GDD te onderzoeken. GDD is een frequentie-afhankelijke waarde die lineair evenredig is met de dikte van een bepaald materiaal. Transmissie -optica zoals lens, venster en objectieve componenten hebben doorgaans positieve GDD -waarden, wat aangeeftlasersystemen. Componenten met lagere frequenties (dwz langere golflengten) propageren zich sneller dan componenten met hogere frequenties (dwz kortere golflengten). Naarmate de pols door meer en meer materie doorgaat, blijft de golflengte in de puls zich steeds verder in de tijd uitstrekken. Voor kortere pulsduur, en dus bredere bandbreedtes, is dit effect verder overdreven en kan dit leiden tot significante pulstijdvervorming.
Ultrasnelle lasertoepassingen
spectroscopie
Sinds de komst van ultrasnelle laserbronnen is spectroscopie een van hun belangrijkste toepassingsgebieden. Door de pulsduur te verminderen tot femtoseconden of zelfs attoseconden, kunnen dynamische processen in de fysica, chemie en biologie die historisch onmogelijk te observeren nu worden bereikt. Een van de belangrijkste processen is atomaire beweging en de observatie van atomaire beweging heeft het wetenschappelijke begrip van fundamentele processen zoals moleculaire trillingen, moleculaire dissociatie en energieoverdracht in fotosynthetische eiwitten verbeterd.
bio -imagement
Ultrasnelle lasers van piekkracht ondersteunen niet-lineaire processen en verbeteren de resolutie voor biologische beeldvorming, zoals multi-fotonicroscopie. In een multi-fotonysteem, om een niet-lineair signaal uit een biologisch medium of fluorescent doelwit te genereren, moeten twee fotonen overlappen in ruimte en tijd. Dit niet-lineaire mechanisme verbetert de resolutie van de beeldvorming door achtergrondfluorescentiesignalen aanzienlijk te verminderen die studies van single-foton processen pesten. De vereenvoudigde signaalachtergrond wordt geïllustreerd. Het kleinere excitatiegebied van de multiphoton -microscoop voorkomt ook fototoxiciteit en minimaliseert schade aan het monster.
Figuur 1: Een voorbeelddiagram van een straalpad in een multi-foton microscoop-experiment
Lasermateriaalverwerking
Ultrasnelle laserbronnen hebben ook een revolutie teweeggebracht in lasermicromachining en materiaalverwerking vanwege de unieke manier waarop ultrashortpulsen interageren met materialen. Zoals eerder vermeld, is de ultrasnelderpulsduur bij het bespreken van LDT sneller dan de tijdschaal van warmtediffusie in het rooster van het materiaal. Ultrasnelle lasers produceren een veel kleinere door warmte getroffen zone dannanoseconde gepulseerde lasers, wat resulteert in lagere incisie verliezen en meer precieze bewerking. Dit principe is ook van toepassing op medische toepassingen, waarbij de verhoogde precisie van ultrafart-lasersnijden helpt schade aan het omliggende weefsel te verminderen en de patiëntervaring tijdens laserchirurgie verbetert.
Attoseconde Pulsen: de toekomst van ultrasnelle lasers
Naarmate het onderzoek ultrasnelle lasers blijft bevorderen, worden nieuwe en verbeterde lichtbronnen met kortere pulsduur ontwikkeld. Om inzicht te krijgen in snellere fysieke processen, richten veel onderzoekers zich op het genereren van attoseconde pulsen-ongeveer 10-18 sec in het extreme ultraviolet (XUV) golflengtebereik. Attoseconde -pulsen maken het volgen van elektronenbeweging mogelijk en het verbeteren van ons begrip van de elektronische structuur en de kwantummechanica. Hoewel de integratie van XUV attoseconde lasers in industriële processen nog aanzienlijke vooruitgang moet boeken, zal voortdurend onderzoek en vooruitgang in het veld deze technologie vrijwel zeker uit het lab en in de productie duwen, zoals het geval is geweest met femtoseconde en picosecondlaserbronnen.
Posttijd: juni-25-2024