Unik ultrasnabb laser del två

Unikultrasnabb laserdel två

Dispersion och pulsspridning: Gruppfördröjningsdispersion
En av de svåraste tekniska utmaningarna vid användning av ultrasnabba lasrar är att bibehålla varaktigheten på de ultrakorta pulser som initialt avges avlaserUltrasnabba pulser är mycket känsliga för tidsförvrängning, vilket gör pulserna längre. Denna effekt förvärras när den initiala pulsens varaktighet förkortas. Medan ultrasnabba lasrar kan avge pulser med en varaktighet på 50 sekunder, kan de förstärkas i tid genom att använda speglar och linser för att överföra pulsen till målplatsen, eller till och med bara överföra pulsen genom luft.

Denna tidsförvrängning kvantifieras med hjälp av ett mått som kallas gruppfördröjd dispersion (GDD), även känd som andra ordningens dispersion. Faktum är att det också finns dispersionstermer av högre ordning som kan påverka tidsfördelningen av ultralånglaserpulser, men i praktiken räcker det vanligtvis att bara undersöka effekten av GDD. GDD är ett frekvensberoende värde som är linjärt proportionellt mot tjockleken på ett givet material. Transmissionsoptik såsom lins-, fönster- och objektivkomponenter har vanligtvis positiva GDD-värden, vilket indikerar att pulser som väl är komprimerade kan ge transmissionsoptiken en längre pulsvaraktighet än de som emitteras avlasersystemKomponenter med lägre frekvenser (dvs. längre våglängder) fortplantar sig snabbare än komponenter med högre frekvenser (dvs. kortare våglängder). Allt eftersom pulsen passerar genom mer och mer materia kommer våglängden i pulsen att fortsätta att sträcka sig längre och längre i tiden. För kortare pulslängder, och därmed bredare bandbredder, är denna effekt ytterligare överdriven och kan resultera i betydande pulstidsförvrängning.

Ultrasnabba laserapplikationer
spektroskopi
Sedan ultrasnabba laserkällors tillkomst har spektroskopi varit ett av deras huvudsakliga tillämpningsområden. Genom att reducera pulslängden till femtosekunder eller till och med attosekunder kan dynamiska processer inom fysik, kemi och biologi som historiskt sett var omöjliga att observera nu uppnås. En av nyckelprocesserna är atomrörelse, och observationen av atomrörelse har förbättrat den vetenskapliga förståelsen av grundläggande processer som molekylär vibration, molekylär dissociation och energiöverföring i fotosyntetiska proteiner.

bioavbildning
Ultrasnabba lasrar med toppeffekt stöder icke-linjära processer och förbättrar upplösningen för biologisk avbildning, såsom multifotonmikroskopi. I ett multifotonsystem måste två fotoner överlappa varandra i rum och tid för att generera en icke-linjär signal från ett biologiskt medium eller fluorescerande mål. Denna icke-linjära mekanism förbättrar avbildningsupplösningen genom att avsevärt minska bakgrundsfluorescenssignaler som plågar studier av enfotonprocesser. Den förenklade signalbakgrunden illustreras. Det mindre excitationsområdet i multifotonmikroskopet förhindrar också fototoxicitet och minimerar skador på provet.

Figur 1: Ett exempeldiagram över en strålgång i ett experiment med flera fotoner i mikroskop

Lasermaterialbearbetning
Ultrasnabba laserkällor har också revolutionerat lasermikrobearbetning och materialbearbetning på grund av det unika sätt som ultrakorta pulser interagerar med material. Som tidigare nämnts, när man diskuterar LDT, är den ultrasnabba pulsens varaktighet snabbare än tidsskalan för värmediffusion in i materialets gitter. Ultrasnabba lasrar producerar en mycket mindre värmepåverkad zon ännanosekundspulsade lasrar, vilket resulterar i lägre snittförluster och mer exakt bearbetning. Denna princip är även tillämpbar på medicinska tillämpningar, där den ökade precisionen hos ultrafartlaserskärning bidrar till att minska skador på omgivande vävnad och förbättrar patientupplevelsen under laserkirurgi.

Attosekundpulser: framtiden för ultrasnabba lasrar
I takt med att forskningen fortsätter att utveckla ultrasnabba lasrar utvecklas nya och förbättrade ljuskällor med kortare pulslängder. För att få insikt i snabbare fysikaliska processer fokuserar många forskare på att generera attosekundpulser – cirka 10–18 sekunder i det extrema ultravioletta (XUV) våglängdsområdet. Attosekundpulser möjliggör spårning av elektronrörelser och förbättrar vår förståelse av elektronisk struktur och kvantmekanik. Även om integrationen av XUV-attosekundlasrar i industriella processer ännu inte har gjort betydande framsteg, kommer pågående forskning och framsteg inom området nästan säkert att driva denna teknik ut ur labbet och in i tillverkningen, vilket har varit fallet med femtosekund och pikosekund.laserkällor.