УникальныйУльтрастадовый лазерЧасть вторая
Дисперсия и распределение импульса: дисперсия группы задержки
Одна из наиболее сложных технических проблем, возникающих при использовании сверхбыстрых лазеров,-это поддержание продолжительности ультракаменных импульсов, первоначально излучаемыхлазерПолем Сверхбыстые импульсы очень восприимчивы к искажению времени, что делает импульсы дольше. Этот эффект ухудшается, поскольку продолжительность начального импульса сокращается. В то время как сверхбыстрые лазеры могут излучать импульсы с продолжительностью 50 секунд, они могут быть усилены во времени, используя зеркала и линзы для передачи импульса в целевое местоположение или даже просто передавать импульс через воздух.
Это время искажения количественно определяется с использованием меры, называемой группой, заложенной дисперсии (GDD), также известной как дисперсия второго порядка. Фактически, существуют также термины дисперсии более высокого порядка, которые могут повлиять на распределение времени ультрафард-лазерных импульсов, но на практике обычно достаточно просто для изучения эффекта GDD. GDD является частотно-зависимым значением, которое линейно пропорционально толщине данного материала. Оптика передачи, такая как линза, окно и объективные компоненты, обычно имеют положительные значения GDD, что указывает на то, что после сжатых импульсов может придать оптику передачи более длительную продолжительность импульса, чем те, которые испускаютсяЛазерные системыПолем Компоненты с более низкими частотами (то есть более длинными длинами волн) распространяются быстрее, чем компоненты с более высокими частотами (то есть, более короткие длина волн). По мере того, как импульс проходит все больше и больше материи, длина волны в импульсе будет продолжать распространяться все дальше и дальше во времени. Для более коротких импульсов и, следовательно, более широкой полосы пропускания, этот эффект дополнительно преувеличен и может привести к значительному искажению времени импульса.
Сверхбыстые лазерные приложения
спектроскопия
С момента появления сверхбыстрых лазерных источников, спектроскопия была одной из основных областей применения. Сокращая продолжительность импульса до фемтосекунд или даже аттосекунд, динамические процессы в области физики, химии и биологии, которые исторически невозможно наблюдать, теперь могут быть достигнуты. Одним из ключевых процессов является атомное движение, и наблюдение атомного движения улучшило научное понимание фундаментальных процессов, таких как молекулярная вибрация, молекулярная диссоциация и перенос энергии в фотосинтетических белках.
биовитрой
Ультрастановные лазеры пиковой силы поддерживают нелинейные процессы и улучшают разрешение для биологической визуализации, такой как многофотонная микроскопия. В многофотонной системе, чтобы генерировать нелинейный сигнал из биологической среды или флуоресцентной цели, два фотона должны перекрываться в пространстве и времени. Этот нелинейный механизм улучшает разрешение визуализации за счет значительного снижения фоновых флуоресцентных сигналов, которые преследуют исследования однофотонных процессов. Упрощенный фон сигнала иллюстрируется. Меньшая область возбуждения многофотонного микроскопа также предотвращает фототоксичность и сводит к минимуму повреждение образца.
Рисунок 1: Пример диаграмма пути пучка в эксперименте с мультифотонным микроскопом
Лазерная обработка материала
Сверхбыстые лазерные источники также произвели революцию в лазерной микрообработке и обработке материала из -за уникального способа, которым ультрахово -бомбайки взаимодействуют с материалами. Как упоминалось ранее, при обсуждении LDT длительность импульса очень быстрее, чем временная масштаба тепловой диффузии в решетку материала. Сверхбыстрые лазеры производят гораздо меньшую зону, пострадавшую от тепла, чемНаносекундные импульсные лазеры, что приводит к более низким потери разреза и более точной обработке. Этот принцип также применим к медицинским применению, где повышенная точность резки с ультрафарда-лазером помогает снизить повреждение окружающей ткани и улучшать опыт пациента во время лазерной хирургии.
Аттосекундные импульсы: будущее сверхбыстрых лазеров
Поскольку исследования продолжают продвигать сверхбыстрые лазеры, разрабатываются новые и улучшенные источники света с более короткой продолжительностью импульса. Чтобы получить представление о более быстрых физических процессах, многие исследователи сосредотачиваются на генерации аттосекундных импульсов-около 10-18 с в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне волн (XUV). Аттосекундные импульсы позволяют отслеживать электронные движения и улучшить наше понимание электронной структуры и квантовой механики. В то время как интеграция аттосекундных лазеров XUV в промышленные процессы еще не достигли значительных успехов, текущие исследования и достижения в этой области почти наверняка выталкивают эту технологию из лаборатории и в производство, как и в случае с Femtosecond и PicosecondЛазерные источники.
Время сообщения: 25-25 июня