Eneståendeultrahurtig laserdel to
Dispersion og pulsspredning: Gruppeforsinkelsesdispersion
En af de sværeste tekniske udfordringer, man støder på ved brug af ultrahurtige lasere, er at opretholde varigheden af de ultrakorte pulser, der oprindeligt udsendes aflaserUltrahurtige pulser er meget modtagelige for tidsforvrængning, hvilket gør pulserne længere. Denne effekt forværres, efterhånden som varigheden af den indledende puls forkortes. Mens ultrahurtige lasere kan udsende pulser med en varighed på 50 sekunder, kan de forstærkes i tid ved at bruge spejle og linser til at transmittere pulsen til målstedet, eller endda blot transmittere pulsen gennem luften.
Denne tidsforvrængning kvantificeres ved hjælp af et mål kaldet gruppeforsinket dispersion (GDD), også kendt som andenordens dispersion. Faktisk findes der også højereordens dispersionstermer, der kan påvirke tidsfordelingen af ultrafart-laserpulser, men i praksis er det normalt tilstrækkeligt blot at undersøge effekten af GDD. GDD er en frekvensafhængig værdi, der er lineært proportional med tykkelsen af et givet materiale. Transmissionsoptik såsom linse-, vindues- og objektivkomponenter har typisk positive GDD-værdier, hvilket indikerer, at når komprimerede pulser først er komprimerede, kan de give transmissionsoptikken en længere pulsvarighed end dem, der udsendes aflasersystemerKomponenter med lavere frekvenser (dvs. længere bølgelængder) udbreder sig hurtigere end komponenter med højere frekvenser (dvs. kortere bølgelængder). Efterhånden som pulsen passerer gennem mere og mere stof, vil bølgelængden i pulsen fortsætte med at strække sig længere og længere i tid. Ved kortere pulsvarigheder, og derfor bredere båndbredder, forstærkes denne effekt yderligere og kan resultere i betydelig pulstidsforvrængning.
Ultrahurtige laserapplikationer
spektroskopi
Siden fremkomsten af ultrahurtige laserkilder har spektroskopi været et af deres primære anvendelsesområder. Ved at reducere pulsvarigheden til femtosekunder eller endda attosekunder kan dynamiske processer inden for fysik, kemi og biologi, som historisk set var umulige at observere, nu opnås. En af nøgleprocesserne er atombevægelse, og observation af atombevægelse har forbedret den videnskabelige forståelse af grundlæggende processer såsom molekylær vibration, molekylær dissociation og energioverførsel i fotosyntetiske proteiner.
biobilleddannelse
Ultrahurtige lasere med peak-power understøtter ikke-lineære processer og forbedrer opløsningen til biologisk billeddannelse, såsom multifotonmikroskopi. I et multifotonsystem skal to fotoner overlappe hinanden i rum og tid for at generere et ikke-lineært signal fra et biologisk medium eller fluorescerende mål. Denne ikke-lineære mekanisme forbedrer billeddannelsesopløsningen ved at reducere baggrundsfluorescenssignaler, der plager studier af enkeltfotonprocesser, betydeligt. Den forenklede signalbaggrund er illustreret. Det mindre excitationsområde i multifotonmikroskopet forhindrer også fototoksicitet og minimerer skader på prøven.
Figur 1: Et eksempeldiagram over en strålebane i et multifotonmikroskopeksperiment
Lasermaterialebehandling
Ultrahurtige laserkilder har også revolutioneret lasermikrobearbejdning og materialeforarbejdning på grund af den unikke måde, hvorpå ultrakorte pulser interagerer med materialer. Som tidligere nævnt, når man diskuterer LDT, er den ultrahurtige pulsvarighed hurtigere end tidsskalaen for varmediffusion ind i materialets gitter. Ultrahurtige lasere producerer en meget mindre varmepåvirket zone endnanosekund pulserende lasere, hvilket resulterer i lavere snittab og mere præcis bearbejdning. Dette princip kan også anvendes til medicinske anvendelser, hvor den øgede præcision ved ultrafart-laserskæring hjælper med at reducere skader på det omgivende væv og forbedrer patientoplevelsen under laserkirurgi.
Attosekundpulser: fremtiden for ultrahurtige lasere
I takt med at forskningen fortsætter med at fremme ultrahurtige lasere, udvikles der nye og forbedrede lyskilder med kortere pulsvarigheder. For at få indsigt i hurtigere fysiske processer fokuserer mange forskere på generering af attosekundpulser – omkring 10-18 sekunder i det ekstreme ultraviolette (XUV) bølgelængdeområde. Attosekundpulser muliggør sporing af elektronbevægelse og forbedrer vores forståelse af elektronisk struktur og kvantemekanik. Mens integrationen af XUV-attosekundlasere i industrielle processer endnu ikke har gjort væsentlige fremskridt, vil løbende forskning og fremskridt på området næsten helt sikkert skubbe denne teknologi ud af laboratoriet og ind i produktionen, som det har været tilfældet med femtosekund og picosekund.laserkilder.
Opslagstidspunkt: 25. juni 2024