Uniekultrasnelle laserdeel twee
Dispersie en pulsverspreiding: Groepsvertragingdispersie
Een van de moeilijkste technische uitdagingen bij het gebruik van ultrakorte lasers is het handhaven van de duur van de ultrakorte pulsen die aanvankelijk door de laser worden uitgezonden.laserUltrasnelle pulsen zijn zeer gevoelig voor tijdsvervorming, waardoor de pulsen langer worden. Dit effect wordt erger naarmate de duur van de initiële puls korter wordt. Hoewel ultrasnelle lasers pulsen met een duur van 50 seconden kunnen uitzenden, kunnen ze in de tijd worden versterkt door spiegels en lenzen te gebruiken om de puls naar de doellocatie te sturen, of zelfs door de puls door de lucht te sturen.
Deze tijdsvervorming wordt gekwantificeerd met behulp van een maatstaf genaamd group delay dispersion (GDD), ook wel bekend als tweede-orde dispersie. Er zijn in feite ook hogere-orde dispersietermen die de tijdsverdeling van ultrafartlaserpulsen kunnen beïnvloeden, maar in de praktijk is het meestal voldoende om alleen het effect van de GDD te onderzoeken. GDD is een frequentieafhankelijke waarde die lineair evenredig is met de dikte van een bepaald materiaal. Transmissie-optica zoals lens-, venster- en objectiefcomponenten hebben doorgaans positieve GDD-waarden, wat aangeeft dat eenmaal gecomprimeerde pulsen de transmissie-optica een langere pulsduur kunnen geven dan die welke worden uitgezonden doorlasersystemenComponenten met lagere frequenties (d.w.z. langere golflengtes) planten zich sneller voort dan componenten met hogere frequenties (d.w.z. kortere golflengtes). Naarmate de puls door steeds meer materie gaat, zal de golflengte in de puls steeds verder in de tijd toenemen. Bij kortere pulsduren, en dus bredere bandbreedtes, wordt dit effect nog versterkt en kan het resulteren in aanzienlijke pulstijdvervorming.
Ultrasnelle lasertoepassingen
spectroscopie
Sinds de komst van ultrasnelle laserbronnen is spectroscopie een van hun belangrijkste toepassingsgebieden. Door de pulsduur te verkorten tot femtoseconden of zelfs attoseconden, kunnen dynamische processen in de natuurkunde, scheikunde en biologie die voorheen onmogelijk te observeren waren, nu worden bewerkstelligd. Een van de belangrijkste processen is atomaire beweging, en de observatie van atomaire beweging heeft het wetenschappelijke begrip van fundamentele processen zoals moleculaire vibratie, moleculaire dissociatie en energieoverdracht in fotosynthetische eiwitten verbeterd.
biobeeldvorming
Ultrasnelle lasers met piekvermogen ondersteunen niet-lineaire processen en verbeteren de resolutie voor biologische beeldvorming, zoals multifotonmicroscopie. Om in een multifotonsysteem een niet-lineair signaal te genereren vanuit een biologisch medium of fluorescerend doelwit, moeten twee fotonen elkaar in ruimte en tijd overlappen. Dit niet-lineaire mechanisme verbetert de beeldresolutie door de achtergrondfluorescentiesignalen die studies van enkelvoudige-fotonprocessen belemmeren, aanzienlijk te verminderen. De vereenvoudigde signaalachtergrond is geïllustreerd. Het kleinere excitatiegebied van de multifotonmicroscoop voorkomt ook fototoxiciteit en minimaliseert schade aan het monster.
Figuur 1: Een voorbeelddiagram van een stralenpad in een multifotonenmicroscoopexperiment
Lasermateriaalbewerking
Ultrasnelle laserbronnen hebben ook een revolutie teweeggebracht in lasermicrobewerking en materiaalverwerking dankzij de unieke manier waarop ultrakorte pulsen met materialen interacteren. Zoals eerder vermeld, is bij LDT de duur van de ultrasnelle puls korter dan de tijdschaal van warmtediffusie in het rooster van het materiaal. Ultrasnelle lasers produceren een veel kleinere warmtebeïnvloede zone dannanoseconde gepulste lasers, wat resulteert in minder incisieverlies en een nauwkeurigere bewerking. Dit principe is ook toepasbaar op medische toepassingen, waar de verhoogde precisie van ultrafart-lasersnijden helpt om schade aan omliggend weefsel te verminderen en de patiëntervaring tijdens laserchirurgie verbetert.
Attosecondepulsen: de toekomst van ultrakorte lasers
Naarmate het onderzoek naar ultrasnelle lasers vordert, worden nieuwe en verbeterde lichtbronnen met kortere pulsduren ontwikkeld. Om inzicht te krijgen in snellere fysische processen, richten veel onderzoekers zich op het genereren van attosecondepulsen – ongeveer 10-18 seconden in het extreem ultraviolette (XUV) golflengtebereik. Attosecondepulsen maken het mogelijk om de beweging van elektronen te volgen en verbeteren ons begrip van de elektronische structuur en kwantummechanica. Hoewel de integratie van XUV-attosecondelasers in industriële processen nog geen significante vooruitgang heeft geboekt, zullen lopend onderzoek en ontwikkelingen op dit gebied deze technologie vrijwel zeker uit het laboratorium en in de productie brengen, zoals ook het geval is geweest met femtoseconde en picoseconde.laserbronnen.
Plaatsingstijd: 25 juni 2024