Unikāls īpaši ātrs lāzers, otrā daļa

Unikālsīpaši ātrs lāzersotrā daļa

Dispersija un impulsa izplatīšanās: grupas kavēšanās dispersija
Viens no sarežģītākajiem tehniskajiem izaicinājumiem, ar ko saskaras, izmantojot īpaši ātrus lāzerus, ir sākotnēji izstaroto īpaši īso impulsu ilguma saglabāšana.lāzersĪpaši ātrie impulsi ir ļoti jutīgi pret laika kropļojumiem, kas padara impulsus garākus. Šis efekts pastiprinās, samazinoties sākotnējā impulsa ilgumam. Lai gan īpaši ātrie lāzeri var izstarot impulsus ar ilgumu 50 sekundes, tos var pastiprināt laikā, izmantojot spoguļus un lēcas, lai pārraidītu impulsu uz mērķa atrašanās vietu, vai pat vienkārši pārraidīt impulsu pa gaisu.

Šo laika kropļojumu kvantificē, izmantojot mērījumu, ko sauc par grupas aizkavēto dispersiju (GDD), kas pazīstama arī kā otrās kārtas dispersija. Faktiski pastāv arī augstākas kārtas dispersijas locekļi, kas var ietekmēt ultrafartlāzera impulsu laika sadalījumu, taču praksē parasti pietiek tikai pārbaudīt GDD ietekmi. GDD ir no frekvences atkarīga vērtība, kas ir lineāri proporcionāla dotā materiāla biezumam. Transmisijas optikai, piemēram, lēcai, logam un objektīva komponentiem, parasti ir pozitīvas GDD vērtības, kas norāda, ka reiz saspiesti impulsi var nodrošināt transmisijas optikai ilgāku impulsa ilgumu nekā tie, ko izstarolāzeru sistēmasKomponentes ar zemākām frekvencēm (t. i., garākiem viļņu garumiem) izplatās ātrāk nekā komponentes ar augstākām frekvencēm (t. i., īsākiem viļņu garumiem). Impulsam izejot cauri arvien lielākam vielas daudzumam, impulsa viļņa garums laika gaitā turpinās pieaugt. Īsākiem impulsa ilgumiem un līdz ar to plašākiem joslas platumiem šis efekts vēl vairāk pastiprinās un var izraisīt ievērojamu impulsa laika kropļojumu.

Īpaši ātras lāzera lietojumprogrammas
spektroskopija
Kopš īpaši ātru lāzeru avotu parādīšanās spektroskopija ir bijusi viena no to galvenajām pielietojuma jomām. Samazinot impulsa ilgumu līdz femtosekundēm vai pat attosekundēm, tagad var panākt dinamiskus procesus fizikā, ķīmijā un bioloģijā, kurus vēsturiski nebija iespējams novērot. Viens no galvenajiem procesiem ir atomu kustība, un atomu kustības novērošana ir uzlabojusi zinātnisko izpratni par tādiem fundamentāliem procesiem kā molekulārā vibrācija, molekulārā disociācija un enerģijas pārnešana fotosintēzes proteīnos.

bioattēlveidošana
Īpaši ātri lāzeri ar maksimālu jaudu atbalsta nelineārus procesus un uzlabo izšķirtspēju bioloģiskajā attēlveidošanā, piemēram, daudzfotonu mikroskopijā. Daudzfotonu sistēmā, lai ģenerētu nelineāru signālu no bioloģiskās vides vai fluorescējoša mērķa, diviem fotoniem ir jāpārklājas telpā un laikā. Šis nelineārais mehānisms uzlabo attēlveidošanas izšķirtspēju, ievērojami samazinot fona fluorescences signālus, kas traucē viena fotona procesu pētījumiem. Vienkāršotais signāla fons ir ilustrēts. Mazāks daudzfotonu mikroskopa ierosmes reģions arī novērš fototoksicitāti un samazina parauga bojājumus.

1. attēls: staru ceļa diagrammas piemērs daudzfotonu mikroskopa eksperimentā

Lāzera materiālu apstrāde
Īpaši ātri lāzera avoti ir arī revolucionizējuši lāzera mikroapstrādi un materiālu apstrādi, pateicoties unikālajam veidam, kā īpaši īsi impulsi mijiedarbojas ar materiāliem. Kā jau minēts iepriekš, runājot par LDT, īpaši ātrā impulsa ilgums ir ātrāks nekā siltuma difūzijas laika skala materiāla režģī. Īpaši ātri lāzeri rada daudz mazāku termiski ietekmēto zonu nekā...nanosekundes impulsa lāzeri, kā rezultātā samazinās griezumu zudumi un ir precīzāka apstrāde. Šis princips ir piemērojams arī medicīnas lietojumprogrammās, kur īpaši ātras lāzergriešanas paaugstinātā precizitāte palīdz samazināt apkārtējo audu bojājumus un uzlabo pacienta pieredzi lāzerķirurģijas laikā.

Attosekundes impulsi: īpaši ātru lāzeru nākotne
Pētījumiem turpinoties īpaši ātru lāzeru attīstībai, tiek izstrādāti jauni un uzlaboti gaismas avoti ar īsāku impulsa ilgumu. Lai gūtu ieskatu ātrākos fizikālajos procesos, daudzi pētnieki koncentrējas uz attosekundes impulsu ģenerēšanu – aptuveni 10–18 s galējā ultravioletā (XUV) viļņu garuma diapazonā. Attosekundes impulsi ļauj izsekot elektronu kustībai un uzlabo mūsu izpratni par elektronisko struktūru un kvantu mehāniku. Lai gan XUV attosekundes lāzeru integrācija rūpnieciskajos procesos vēl nav guvusi ievērojamus panākumus, notiekošie pētījumi un sasniegumi šajā jomā gandrīz noteikti izvirzīs šo tehnoloģiju ārpus laboratorijām ražošanā, kā tas ir noticis ar femtosekundes un pikosekundes lāzeriem.lāzera avoti.