Unikāls īpaši ātrs lāzera otrā daļa

Unikālsīpaši ātrs lāzersotrā daļa

Dispersija un impulsa izkliede: Grupas aizkaves izkliede
Viens no sarežģītākajiem tehniskajiem izaicinājumiem, ar ko saskaras, izmantojot ultraātros lāzerus, ir saglabāt to īpaši īso impulsu ilgumu, ko sākotnēji izstarolāzers. Īpaši ātrie impulsi ir ļoti jutīgi pret laika izkropļojumiem, kas padara impulsus garākus. Šis efekts pasliktinās, saīsinot sākotnējā pulsa ilgumu. Lai gan īpaši ātrie lāzeri var izstarot impulsus, kuru ilgums ir 50 sekundes, tos var pastiprināt laikā, izmantojot spoguļus un lēcas, lai pārraidītu impulsu uz mērķa vietu vai pat vienkārši pārraidītu impulsu pa gaisu.

Šo laika izkropļojumu kvantitatīvi nosaka, izmantojot mēru, ko sauc par grupas aizkavēto dispersiju (GDD), kas pazīstama arī kā otrās kārtas dispersija. Faktiski ir arī augstākas pakāpes dispersijas termini, kas var ietekmēt ultrafarta lāzera impulsu laika sadalījumu, taču praksē parasti pietiek tikai ar GDD ietekmes pārbaudi. GDD ir no frekvences atkarīga vērtība, kas ir lineāri proporcionāla konkrētā materiāla biezumam. Pārraides optikai, piemēram, objektīvam, logam un objektīva komponentiem, parasti ir pozitīvas GDD vērtības, kas norāda, ka pēc saspiestiem impulsiem pārraides optika var nodrošināt ilgāku impulsa ilgumu nekā tiem, ko izstarolāzera sistēmas. Komponenti ar zemākām frekvencēm (ti, garākiem viļņu garumiem) izplatās ātrāk nekā komponenti ar augstākām frekvencēm (ti, īsākiem viļņu garumiem). Tā kā impulss iet cauri arvien vairāk matērijas, impulsa viļņa garums laika gaitā turpinās paplašināties. Īsākiem impulsu ilgumiem un līdz ar to plašākiem joslas platumiem šis efekts ir vēl vairāk pārspīlēts un var izraisīt ievērojamus impulsa laika izkropļojumus.

Īpaši ātri lāzera pielietojumi
spektroskopija
Kopš ultraātro lāzera avotu parādīšanās spektroskopija ir bijusi viena no galvenajām to pielietojuma jomām. Samazinot impulsa ilgumu līdz femtosekundēm vai pat attosekundēm, tagad var sasniegt 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 fundamentālajiem procesiem kā molekulārā vibrācija, molekulārā disociācija un enerģijas pārnese fotosintēzes proteīnos.

bioattēlveidošana
Maksimālās jaudas īpaši ātrie lāzeri atbalsta nelineārus procesus un uzlabo izšķirtspēju bioloģiskai attēlveidošanai, piemēram, daudzfotonu mikroskopijai. Vairāku fotonu sistēmā, lai radītu 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 apgrūtina viena fotona procesu pētījumus. Vienkāršotais signāla fons ir ilustrēts. Mazāks daudzfotonu mikroskopa ierosmes apgabals arī novērš fototoksicitāti un samazina parauga bojājumus.

1. attēls: staru kūļa ceļa parauga diagramma vairāku fotonu mikroskopa eksperimentā

Lāzera materiālu apstrāde
Īpaši ātrie lāzera avoti ir arī radījuši apvērsumu lāzera mikroapstrādē un materiālu apstrādē, pateicoties unikālajam ultraīso impulsu mijiedarbības veidam ar materiāliem. Kā minēts iepriekš, apspriežot LDT, īpaši ātrs impulsa ilgums ir ātrāks nekā siltuma difūzijas laika skala materiāla režģī. Īpaši ātrie lāzeri rada daudz mazāku siltuma ietekmēto zonu nekānanosekundes impulsu lāzeri, kā rezultātā tiek samazināti griezumu zudumi un tiek veikta precīzāka apstrāde. Šis princips ir piemērojams arī medicīnā, kur paaugstināta ultrafartlāzera griešanas precizitāte palīdz samazināt apkārtējo audu bojājumus un uzlabo pacienta pieredzi lāzeroperācijas laikā.

Attosekundes impulsi: ultraātro lāzeru nākotne
Tā kā pētījumi turpina uzlabot īpaši ātrus lāzerus, tiek izstrādāti jauni un uzlaboti gaismas avoti ar īsāku impulsu ilgumu. Lai gūtu ieskatu ātrākos fizikālajos procesos, daudzi pētnieki koncentrējas uz attosekundes impulsu ģenerēšanu - aptuveni 10-18 s ekstremālā ultravioletā (XUV) viļņa garuma diapazonā. Attosekundes impulsi ļauj izsekot elektronu kustībai un uzlabo mūsu izpratni par elektronisko struktūru un kvantu mehāniku. Lai gan XUV attosekundes lāzeru integrācijai rūpnieciskajos procesos vēl ir jāpanāk ievērojams progress, notiekošie pētījumi un sasniegumi šajā jomā gandrīz noteikti izstums šo tehnoloģiju no laboratorijas un ražošanā, kā tas ir bijis femtosekundes un pikosekundes gadījumā.lāzera avoti.