Uniekultravinnige laserdeel twee
Dispersie en polsverspreiding: Groep vertraag verspreiding
Een van die moeilikste tegniese uitdagings wat ondervind word wanneer ultravinnige lasers gebruik word, is die handhawing van die duur van die ultra-kort pulse wat aanvanklik deur dielaser. Ultravinnige pulse is baie vatbaar vir tydvervorming, wat die pulse langer maak. Hierdie effek word erger namate die duur van die aanvanklike pols verkort word. Terwyl ultravinnige lasers pulse met 'n duur van 50 sekondes kan uitstuur, kan hulle betyds versterk word deur spieëls en lense te gebruik om die puls na die teikenplek oor te stuur, of selfs net die puls deur lug oor te dra.
Hierdie tydsvervorming word gekwantifiseer deur gebruik te maak van 'n maatstaf genaamd groepvertraagde verspreiding (GDD), ook bekend as tweede-orde verspreiding. Trouens, daar is ook hoër-orde verspreiding terme wat die tydverspreiding van ultrafart-laser pulse kan beïnvloed, maar in die praktyk is dit gewoonlik voldoende om net die effek van die GDD te ondersoek. GDD is 'n frekwensie-afhanklike waarde wat lineêr eweredig is aan die dikte van 'n gegewe materiaal. Transmissieoptika soos lens-, venster- en objektiewe komponente het tipies positiewe GDD-waardes, wat aandui dat sodra saamgeperste pulse die transmissieoptika 'n langer pulsduur kan gee as dié wat deurlaser stelsels. Komponente met laer frekwensies (dws langer golflengtes) propageer vinniger as komponente met hoër frekwensies (dws korter golflengtes). Soos die pols deur meer en meer materie gaan, sal die golflengte in die pols verder en verder uitbrei mettertyd. Vir korter pulsduur, en dus wyer bandwydtes, word hierdie effek verder oordryf en kan beduidende pulstydvervorming tot gevolg hê.
Ultravinnige lasertoepassings
spektroskopie
Sedert die koms van ultravinnige laserbronne was spektroskopie een van hul hooftoepassingsareas. Deur die polsduur tot femtosekondes of selfs attosekondes te verminder, kan dinamiese prosesse in fisika, chemie en biologie wat histories onmoontlik was om waar te neem, nou bereik word. Een van die sleutelprosesse is atoombeweging, en die waarneming van atoombeweging het die wetenskaplike begrip van fundamentele prosesse soos molekulêre vibrasie, molekulêre dissosiasie en energie-oordrag in fotosintetiese proteïene verbeter.
biobeelding
Piekkrag ultravinnige lasers ondersteun nie-lineêre prosesse en verbeter resolusie vir biologiese beeldvorming, soos multi-fotonmikroskopie. In 'n multi-fotonstelsel, om 'n nie-lineêre sein vanaf 'n biologiese medium of fluoresserende teiken te genereer, moet twee fotone oorvleuel in ruimte en tyd. Hierdie nie-lineêre meganisme verbeter beeldresolusie deur die agtergrondfluoressensieseine wat studies van enkelfotonprosesse teister, aansienlik te verminder. Die vereenvoudigde seinagtergrond word geïllustreer. Die kleiner opwekkingsgebied van die multifotonmikroskoop voorkom ook fototoksisiteit en verminder skade aan die monster.
Figuur 1: 'n Voorbeelddiagram van 'n straalbaan in 'n multi-fotonmikroskoopeksperiment
Laser materiaal verwerking
Ultravinnige laserbronne het ook lasermikrobewerking en materiaalverwerking 'n rewolusie teweeggebring as gevolg van die unieke manier waarop ultrakort pulse met materiale in wisselwerking tree. Soos vroeër genoem, wanneer LDT bespreek word, is die ultravinnige pulsduur vinniger as die tydskaal van hittediffusie in die rooster van die materiaal. Ultravinnige lasers produseer 'n baie kleiner hitte-geaffekteerde sone asnanosekonde gepulste lasers, wat lei tot laer insnydingsverliese en meer presiese bewerking. Hierdie beginsel is ook van toepassing op mediese toepassings, waar die verhoogde akkuraatheid van ultrafart-lasersny help om skade aan omliggende weefsel te verminder en die pasiëntervaring tydens laserchirurgie verbeter.
Attosekonde-pulse: die toekoms van ultravinnige lasers
Soos navorsing voortgaan om ultravinnige lasers te bevorder, word nuwe en verbeterde ligbronne met korter polsduur ontwikkel. Om insig te kry in vinniger fisiese prosesse, fokus baie navorsers op die generering van attosekonde-pulse – ongeveer 10-18 s in die uiterste ultraviolet (XUV) golflengtereeks. Attosekonde-pulse laat die dop van elektronbeweging toe en verbeter ons begrip van elektroniese struktuur en kwantummeganika. Terwyl die integrasie van XUV-attosekonde-lasers in industriële prosesse nog aansienlike vordering gemaak het, sal voortgesette navorsing en vooruitgang in die veld hierdie tegnologie byna seker uit die laboratorium en in vervaardiging stoot, soos die geval was met femtosekonde en pikosekondelaser bronne.
Pos tyd: Jun-25-2024