Unikaalne ülikiire laser, teine ​​osa

Ainulaadneülikiire laserteine ​​osa

Dispersioon ja impulsi hajumine: grupi viivitusega dispersioon
Üks keerulisemaid tehnilisi väljakutseid, millega ülikiirete laserite kasutamisel kokku puututakse, on algselt kiirgavate ülilühikeste impulsside kestuse säilitamine.laser. Ülikiired impulsid on väga vastuvõtlikud ajamoonutustele, mis muudab impulsid pikemaks. See efekt süveneb esialgse impulsi kestuse lühenemisel. Kuigi ülikiired laserid suudavad kiirata impulsse kestusega 50 sekundit, saab neid ajas võimendada peeglite ja läätsede abil, et edastada impulss sihtpunkti või edastada impulss isegi läbi õhu.

Seda ajamoonutust kvantifitseeritakse, kasutades mõõtu, mida nimetatakse rühma viivitatud dispersiooniks (GDD), mida nimetatakse ka teist järku dispersiooniks. Tegelikult on ka kõrgemat järku dispersioonitermineid, mis võivad mõjutada ultrafart-laseri impulsside ajajaotust, kuid praktikas piisab tavaliselt ainult GDD mõju uurimisest. GDD on sagedusest sõltuv väärtus, mis on lineaarselt võrdeline antud materjali paksusega. Edastusoptika, nagu objektiiv, aken ja objektiivi osad, omavad tavaliselt positiivseid GDD väärtusi, mis näitavad, et kokkusurutud impulsid võivad anda ülekandeoptikale pikema impulsi kestuse kui need, mida kiirgavadlasersüsteemid. Madalamate sagedustega (st pikema lainepikkusega) komponendid levivad kiiremini kui kõrgema sagedusega (st lühema lainepikkusega) komponendid. Kui impulss läbib üha rohkem ainet, jätkub impulsi lainepikkus ajas üha kaugemale. Lühema impulsi kestuse ja seega ka laiema ribalaiuse korral on see efekt veelgi liialdatud ja võib põhjustada märkimisväärseid impulsi aja moonutusi.

Ultrakiired laserrakendused
spektroskoopia
Alates ülikiirete laserallikate tulekust on spektroskoopia olnud nende üks peamisi rakendusvaldkondi. Impulsi kestuse vähendamisega femtosekunditeks või isegi attosekunditeks on nüüd võimalik saavutada füüsikas, keemias ja bioloogias dünaamilisi protsesse, mida oli ajalooliselt võimatu jälgida. Üks võtmeprotsesse on aatomi liikumine ja aatomi liikumise jälgimine on parandanud teaduslikku arusaama sellistest fundamentaalsetest protsessidest nagu molekulaarne vibratsioon, molekulaarne dissotsiatsioon ja energiaülekanne fotosünteetilistes valkudes.

biopildistamine
Tippvõimsusega ülikiired laserid toetavad mittelineaarseid protsesse ja parandavad bioloogilise pildistamise eraldusvõimet, näiteks mitme fotoni mikroskoopia puhul. Mitme footoni süsteemis peavad bioloogilisest keskkonnast või fluorestseeruvast sihtmärgist mittelineaarse signaali genereerimiseks kaks footoni ruumis ja ajas kattuma. See mittelineaarne mehhanism parandab kujutise eraldusvõimet, vähendades märkimisväärselt taustfluorestsentssignaale, mis häirivad ühe footoni protsesside uuringuid. Lihtsustatud signaali taust on illustreeritud. Mitmefotoni mikroskoobi väiksem ergastuspiirkond hoiab ära ka fototoksilisuse ja minimeerib proovi kahjustamist.

Joonis 1: Kiirteekonna näidisskeem mitme fotoni mikroskoobi katses

Materjali töötlemine laseriga
Ultrakiired laserallikad on muutnud ka laseri mikrotöötlust ja materjalitöötlust tänu ainulaadsele viisile, kuidas ülilühikesed impulsid suhtlevad materjalidega. Nagu varem mainitud, on LDT-st rääkides ülikiire impulsi kestus kiirem kui materjali võre soojuse difusiooni ajaskaala. Ülikiired laserid toodavad palju väiksemat soojustsooni kuinanosekundilised impulsslaserid, mille tulemuseks on väiksemad sisselõigete kaod ja täpsem töötlemine. See põhimõte kehtib ka meditsiinilistes rakendustes, kus ultrafart-laserlõikuse suurenenud täpsus aitab vähendada ümbritsevate kudede kahjustusi ja parandab patsiendi kogemust laseroperatsiooni ajal.

Attosekundilised impulsid: ülikiirete laserite tulevik
Kuna uuringud jätkavad ülikiirete laserite edendamist, töötatakse välja uusi ja täiustatud lühema impulsi kestusega valgusallikaid. Kiirematest füüsikalistest protsessidest ülevaate saamiseks keskenduvad paljud teadlased attosekundiliste impulsside genereerimisele – umbes 10-18 s äärmise ultraviolettkiirguse (XUV) lainepikkuste vahemikus. Attosekundilised impulsid võimaldavad jälgida elektronide liikumist ja parandavad meie arusaamist elektroonilisest struktuurist ja kvantmehaanikast. Kuigi XUV attosekundiliste laserite integreerimine tööstusprotsessidesse ei ole veel märkimisväärseid edusamme teinud, tõrjuvad käimasolevad uuringud ja edusammud selle tehnoloogia laborist välja tootmisse, nagu femtosekundi ja pikosekundi puhul.laserallikad.


Postitusaeg: 25. juuni 2024