Unik ultrasnabb laserdel två

Unikultrasnabb laserdel två

Spridning och spridning av puls: Dispersion av gruppfördröjning
En av de svåraste tekniska utmaningarna som uppstår när man använder ultrasnabblasrar är att bibehålla varaktigheten av ultrakortpulserna som ursprungligen släpps ut avlaser. Ultrafasta pulser är mycket mottagliga för tidsförvrängning, vilket gör pulserna längre. Denna effekt blir värre när varaktigheten för den initiala pulsen förkortas. Medan ultrafasta lasrar kan avge pulser med en varaktighet av 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 luften.

Denna tidsförvrängning kvantifieras med hjälp av ett mått som kallas gruppförsenad dispersion (GDD), även känd som andra ordningens spridning. I själva verket finns det också dispersionsvillkor med högre ordning som kan påverka tidsfördelningen för ultrafart-laserpulser, men i praktiken är det vanligtvis tillräckligt bara för att undersöka effekten av GDD. GDD är ett frekvensberoende värde som är linjärt proportionellt mot tjockleken på ett givet material. Överföringsoptik som lins, fönster och objektiva komponenter har vanligtvis positiva GDD -värden, vilket indikerar att när komprimerade pulser kan ge transmissionsoptiken en längre pulsvaraktighet än de som släpps ut avlasersystem. Komponenter med lägre frekvenser (dvs. längre våglängder) sprider sig snabbare än komponenter med högre frekvenser (dvs. kortare våglängder). När pulsen passerar genom mer och mer materia kommer våglängden i pulsen att fortsätta att sträcka sig ytterligare och längre i tiden. För kortare pulsvaraktigheter, och därför bredare bandbredd, är denna effekt ytterligare överdriven och kan resultera i betydande puls -distorsion.

Ultrasnabb laserapplikationer
spektroskopi
Sedan tillkomsten av ultrafasta laserkällor har spektroskopi varit ett av deras huvudsakliga applikationsområden. Genom att reducera pulsvaraktigheten 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 de viktigaste processerna är atomrörelse, och observationen av atomrörelse har förbättrat den vetenskapliga förståelsen av grundläggande processer såsom molekylvibration, molekylär dissociation och energiöverföring i fotosyntetiska proteiner.

bioimaging
Peak-Power Ultrafast Lasers stöder icke-linjära processer och förbättrar upplösningen för biologisk avbildning, såsom multi-fotonmikroskopi. I ett multi-fotonsystem, för att generera en olinjär signal från ett biologiskt medium eller fluorescerande mål, måste två fotoner överlappa varandra i rum och tid. Denna olinjära mekanism förbättrar avbildningsupplösningen genom att signifikant minska bakgrundsfluorescenssignaler som plågar studier av enfotonprocesser. Den förenklade signalbakgrunden illustreras. Det mindre excitationsområdet i multiphotonmikroskopet förhindrar också fototoxicitet och minimerar skadorna på provet.

Bild 1: Ett exempeldiagram över en strålväg i ett multi-fotonmikroskopexperiment

Lasermaterialbehandling
Ultrafasta laserkällor har också revolutionerat lasmikromachining och materialbehandling på grund av det unika sättet som ultrasortpulser interagerar med material. Som nämnts tidigare, när du diskuterar LDT, är den ultrafasta pulsvaraktigheten snabbare än tidsskalan för värmediffusion till materialets gitter. Ultrasnabblasrar producerar en mycket mindre värmepåverkad zon ännanosekund pulserade lasrar, vilket resulterar i lägre snittförluster och mer exakt bearbetning. Denna princip är också tillämplig på medicinska tillämpningar, där den ökade precisionen för ultrafart-laserskärning hjälper till att minska skador på omgivande vävnad och förbättrar patientupplevelsen under laserkirurgi.

Attosekund pulser: framtiden för ultrasnabblasrar
När forskningen fortsätter att främja ultrafasta lasrar utvecklas nya och förbättrade ljuskällor med kortare pulsvaraktigheter. För att få insikt i snabbare fysiska processer fokuserar många forskare på generering av attosekundpulser-cirka 10-18 s i det extrema ultravioletta (XUV) våglängdsområdet. Attosekundspulser tillåter spårning av elektronrörelse och förbättra vår förståelse för elektronisk struktur och kvantmekanik. Medan integrationen av XUV attosekundslasrar i industriella processer ännu inte har gjort betydande framsteg, kommer pågående forskning och framsteg inom området nästan säkert att driva denna teknik ur laboratoriet och till tillverkning, som har varit fallet med femtosekund och picosekundlaserkällor.