Unikaalne ülikiire laser, teine ​​osa

Ainulaadneülikiire laserteine ​​osa

Dispersioon ja impulsi levik: grupi viivitusdispersioon
Üks keerulisemaid tehnilisi väljakutseid ülikiirete laserite kasutamisel on algselt kiiratavate ülilühikeste impulsside kestuse säilitamine.laserÜlikiired impulsid on ajalise moonutuse suhtes väga vastuvõtlikud, mis muudab impulsid pikemaks. See efekt süveneb esialgse impulsi kestuse lühenedes. Kuigi ülikiired laserid suudavad kiirata 50-sekundilisi impulsse, saab neid ajas võimendada, kasutades peegleid ja läätsesid impulsi sihtkohta edastamiseks või isegi lihtsalt õhu kaudu edastamiseks.

Seda aja moonutust kvantifitseeritakse mõõduga, mida nimetatakse grupi hilinenud dispersiooniks (GDD), mida tuntakse ka teist järku dispersioonina. Tegelikult on olemas ka kõrgema järgu dispersiooniliikmed, mis võivad mõjutada ultrafart-laseri impulsside ajajaotust, kuid praktikas piisab tavaliselt ainult GDD mõju uurimisest. GDD on sagedusest sõltuv väärtus, mis on lineaarselt proportsionaalne antud materjali paksusega. Läbilaskvatel optikal, nagu läätsel, aknal ja objektiivikomponentidel, on tavaliselt positiivsed GDD väärtused, mis näitab, et kord kokkusurutud impulsid võivad anda läbilaskvale optikale pikema impulsi kestuse kui need, mida kiirgavad...lasersüsteemidMadalama sagedusega (st pikema lainepikkusega) komponendid levivad kiiremini kui kõrgema sagedusega (st lühema lainepikkusega) komponendid. Mida rohkem ainet impulss läbib, seda enam lainepikkus impulsis ajas pikeneb. Lühema impulsi kestuse ja seega laiema ribalaiuse korral see efekt veelgi süveneb ja võib põhjustada impulsi aja olulist moonutust.

Ülikiired laserrakendused
spektroskoopia
Alates ülikiirete laserallikate tulekust on spektroskoopia olnud üks nende peamisi rakendusvaldkondi. Impulsi kestuse vähendamisega femtosekunditeni või isegi attosekunditeni 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 põhiprotsessidest nagu molekulaarne vibratsioon, molekulaarne dissotsiatsioon ja energiaülekanne fotosünteetilistes valkudes.

biokujutis
Tippvõimsusega ülikiired laserid toetavad mittelineaarseid protsesse ja parandavad bioloogilise pildistamise, näiteks multifootonilise mikroskoopia, eraldusvõimet. Multifootonilises süsteemis peavad bioloogilisest keskkonnast või fluorestseeruvast sihtmärgist mittelineaarse signaali genereerimiseks kaks footonit ruumis ja ajas kattuma. See mittelineaarne mehhanism parandab pildistamise eraldusvõimet, vähendades oluliselt taustfluorestsentssignaale, mis vaevavad üksikfootoniliste protsesside uuringuid. Lihtsustatud signaali taust on illustreeritud. Multifootonilise mikroskoobi väiksem ergastuspiirkond hoiab ära ka fototoksilisuse ja minimeerib proovi kahjustusi.

Joonis 1: Näidisdiagramm kiiretee kohta mitmefootonilise mikroskoobi katses

Lasermaterjalide töötlemine
Ülikiired laserallikad on teinud revolutsiooni ka lasermikrotöötlemises ja materjalide töötlemises tänu ainulaadsele viisile, kuidas ülilühikesed impulsid materjalidega interakteeruvad. Nagu varem mainitud, on LDT-st rääkides ülikiire impulsi kestus kiirem kui materjali võresse soojuse difusiooni ajaskaala. Ülikiired laserid tekitavad palju väiksema kuumusest mõjutatud tsooni kui...nanosekundilised impulsslaserid, mille tulemuseks on väiksemad sisselõikekadud ja täpsem töötlemine. See põhimõte on rakendatav ka meditsiinilistes rakendustes, kus ülikiire laserlõikuse suurem täpsus aitab vähendada ümbritseva koe kahjustusi ja parandab patsiendi kogemust laseroperatsiooni ajal.

Attosekundilised impulsid: ülikiirete laserite tulevik
Kuna ülikiirete laserite edasiarendamine jätkub, töötatakse välja uusi ja täiustatud valgusallikaid lühema impulsi kestusega. Kiiremate füüsikaliste protsesside mõistmiseks keskenduvad paljud teadlased attosekundiliste impulsside genereerimisele – umbes 10–18 sekundit äärmusliku ultraviolettkiirguse (XUV) lainepikkuste vahemikus. Attosekundilised impulsid võimaldavad jälgida elektronide liikumist ja parandavad meie arusaama elektronstruktuurist ja kvantmehaanikast. Kuigi XUV attosekundiliste laserite integreerimine tööstusprotsessidesse ei ole veel märkimisväärset edu saavutanud, lükkavad käimasolevad uuringud ja edusammud selles valdkonnas selle tehnoloogia peaaegu kindlasti laborist välja tootmisse, nagu see on juhtunud femtosekundilise ja pikosekundilise laseriga.laserallikad.