EneståendeUltrahet laserDel to
Spredning og pulsspredning: Gruppeforsinkelse Dispersion
En af de vanskeligste tekniske udfordringer, der er stødt på, når man bruger ultrahastiske lasere, er at opretholde varigheden af de ultra-short-pulser, der oprindeligt udsendes aflaser. Ultrahastiske impulser er meget modtagelige for tidsforvrængning, hvilket gør impulser længere. Denne effekt bliver værre, når varigheden af den indledende puls forkortes. Mens ultrahurtige lasere kan udsende pulser med en varighed på 50 sekunder, kan de forstærkes i tide ved at bruge spejle og linser til at overføre pulsen til målplaceringen eller endda bare transmittere pulsen gennem luften.
Denne gang kvantificeres forvrængning ved hjælp af en foranstaltning kaldet gruppe forsinket spredning (GDD), også kendt som andenordens spredning. Der er faktisk også spredningsbetingelser med højere orden, der kan påvirke tidsfordelingen af ultrafart-laserimpulser, men i praksis er det normalt tilstrækkeligt bare at undersøge effekten af GDD. GDD er en frekvensafhængig værdi, der er lineært proportional med tykkelsen af et givet materiale. Transmissionsoptik såsom linse, vindue og objektive komponenter har typisk positive GDD -værdier, hvilket indikerer, at når komprimerede impulser kan give transmissionsoptikken en længere pulsvarighed end dem, der udsendes afLasersystemer. Komponenter med lavere frekvenser (dvs. længere bølgelængder) forplantes hurtigere end komponenter med højere frekvenser (dvs. kortere bølgelængder). Når pulsen passerer mere og mere betyder, vil bølgelængden i pulsen fortsat strække sig yderligere og længere i tiden. For kortere pulsvarigheder og derfor bredere båndbredde er denne effekt yderligere overdrevet og kan resultere i betydelig pulstidsforvrængning.
Ultrahurtige laserapplikationer
spektroskopi
Siden fremkomsten af ultrahastiske laserkilder har spektroskopi været et af deres vigtigste anvendelsesområder. Ved at reducere pulsvarigheden til femtosekunder eller endda attosekunder kan dynamiske processer inden for fysik, kemi og biologi, som historisk set var umulig at observere, nu opnås. En af de vigtigste processer er atombevægelse, og observationen af atombevægelse har forbedret den videnskabelige forståelse af grundlæggende processer, såsom molekylær vibration, molekylær dissociation og energioverførsel i fotosyntetiske proteiner.
Bioimaging
Peak-power ultrahastede lasere understøtter ikke-lineære processer og forbedrer opløsningen til biologisk billeddannelse, såsom multi-fotonmikroskopi. I et multifoton-system, for at generere et ikke-lineært signal fra et biologisk medium eller et fluorescerende mål, skal to fotoner overlappe hinanden i rum og tid. Denne ikke-lineære mekanisme forbedrer billeddannelsesopløsningen ved markant at reducere baggrundsfluorescenssignaler, der plager undersøgelser af enkeltfotonprocesser. Den forenklede signalbaggrund er illustreret. Det mindre excitationsområde for multiphotonmikroskopet forhindrer også fototoksicitet og minimerer skader på prøven.
Figur 1: Et eksempeldiagram over en bjælkesti i et multi-fotonmikroskopeksperiment
Lasermaterialebehandling
Ultrahurtige laserkilder har også revolutioneret lasermikromachinering og materialebehandling på grund af den unikke måde, hvorpå ultrashort -pulser interagerer med materialer. Som nævnt tidligere, når man diskuterer LDT, er den ultrahastiske pulsvarighed hurtigere end tidsskalaen for varmediffusion i materialets gitter. Ultrahurtige lasere producerer en meget mindre varmepåvirket zone endNanosekund pulserede laserehvilket resulterer i tab af lavere snit og mere præcis bearbejdning. Dette princip gælder også for medicinske anvendelser, hvor den øgede præcision af ultrafart-laserskæring hjælper med at reducere skader på det omgivende væv og forbedrer patientoplevelsen under laseroperation.
Attosecond -impulser: Fremtiden for ultrahastiske lasere
Efterhånden som forskningen fortsætter med at fremme ultrahastiske lasere, udvikles nye og forbedrede lyskilder med kortere pulsvarigheder. For at få indsigt i hurtigere fysiske processer fokuserer mange forskere på generering af attosekundimpulser-ca. 10-18 s i det ekstreme ultraviolette (XUV) bølgelængdeområde. Attosekund impulser tillader sporing af elektronbevægelse og forbedre vores forståelse af elektronisk struktur og kvantemekanik. Mens integrationen af XUV -attosecond -lasere i industrielle processer endnu ikke har gjort betydelige fremskridt, vil løbende forskning og fremskridt på området næsten helt sikkert skubbe denne teknologi ud af laboratoriet og til fremstilling, som det har været tilfældet med femtosekund og picosecondlaserkilder.
Posttid: Jun-25-2024