Uniekultrasnelle laserdeel twee
Dispersie en pulsverspreiding: Groepvertragingsdispersie
Een van die moeilikste tegniese uitdagings wat ondervind word wanneer ultrasnelle lasers gebruik word, is om die duur van die ultrakort pulse wat aanvanklik deur dielaserUltrasnelle pulse is baie vatbaar vir tydvervorming, wat die pulse langer maak. Hierdie effek word erger namate die duur van die aanvanklike puls verkort. Terwyl ultrasnelle lasers pulse met 'n duur van 50 sekondes kan uitstraal, kan hulle in tyd versterk word deur spieëls en lense te gebruik om die puls na die teikenligging oor te dra, of selfs net die puls deur die lug oor te dra.
Hierdie tydvervorming word gekwantifiseer deur 'n maatstaf genaamd groepvertraagde dispersie (GDD), ook bekend as tweede-orde dispersie. Trouens, daar is ook hoër-orde dispersieterme wat die tydverspreiding van ultrafart-laserpulse 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. Transmissie-optika soos lens-, venster- en objektiefkomponente het tipies positiewe GDD-waardes, wat aandui dat sodra saamgeperste pulse die transmissie-optika 'n langer pulsduur kan gee as dié wat uitgestraal word deurlaserstelselsKomponente met laer frekwensies (d.w.s. langer golflengtes) versprei vinniger as komponente met hoër frekwensies (d.w.s. korter golflengtes). Soos die puls deur meer en meer materie beweeg, sal die golflengte in die puls verder en verder in tyd uitbrei. Vir korter pulsduur, en dus wyer bandwydtes, word hierdie effek verder oordryf en kan dit lei tot beduidende pulstydvervorming.
Ultrasnelle lasertoepassings
spektroskopie
Sedert die koms van ultrasnelle laserbronne is spektroskopie een van hul hooftoepassingsgebiede. Deur die pulsduur 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
Ultrasnelle lasers met piekkrag ondersteun nie-lineêre prosesse en verbeter die resolusie vir biologiese beeldvorming, soos multifotonmikroskopie. In 'n multifotonstelsel moet twee fotone in ruimte en tyd oorvleuel om 'n nie-lineêre sein vanaf 'n biologiese medium of fluoreserende teiken te genereer. Hierdie nie-lineêre meganisme verbeter die beeldresolusie deur agtergrondfluoresensieseine 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 straalpad in 'n multifotonmikroskoopeksperiment
Lasermateriaalverwerking
Ultrasnelle laserbronne het ook lasermikrobewerking en materiaalverwerking gerevolusioneer as gevolg van die unieke manier waarop ultrakort pulse met materiale in wisselwerking tree. Soos vroeër genoem, wanneer LDT bespreek word, is die ultrasnelle pulsduur vinniger as die tydskaal van hittediffusie in die rooster van die materiaal. Ultrasnelle lasers produseer 'n baie kleiner hitte-geaffekteerde sone asnanosekonde gepulseerde lasers, wat lei tot laer insnydingsverliese en meer akkurate bewerking. Hierdie beginsel is ook van toepassing op mediese toepassings, waar die verhoogde presisie van ultrafart-lasersny help om skade aan omliggende weefsel te verminder en die pasiëntervaring tydens laserchirurgie te verbeter.
Attosekonde-pulse: die toekoms van ultrasnelle lasers
Soos navorsing voortgaan om ultrasnelle lasers te bevorder, word nuwe en verbeterde ligbronne met korter pulsduur ontwikkel. Om insig te verkry in vinniger fisiese prosesse, fokus baie navorsers op die opwekking van attosekonde-pulse – ongeveer 10-18 s in die ekstreme ultraviolet (XUV) golflengtebereik. Attosekonde-pulse maak die dophou van elektronbeweging moontlik en verbeter ons begrip van elektroniese struktuur en kwantummeganika. Terwyl die integrasie van XUV-attosekondelasers in industriële prosesse nog nie noemenswaardige vordering gemaak het nie, sal voortgesette navorsing en vooruitgang in die veld hierdie tegnologie byna sekerlik uit die laboratorium en in vervaardiging stoot, soos die geval was met femtosekonde en pikosekonde.laserbronne.
Plasingstyd: 25 Junie 2024