Унікальнызвышхуткі лазерчастка другая
Дысперсія і распаўсюджванне імпульсаў: дысперсія групавой затрымкі
Адной з найбольш складаных тэхнічных праблем, з якімі сутыкаюцца пры выкарыстанні звышхуткіх лазераў, з'яўляецца падтрыманне працягласці звышкароткіх імпульсаў, першапачаткова выпраменьваных лазерам.лазерЗвышхуткія імпульсы вельмі схільныя да часовых скажэнняў, што робіць іх даўжэйшымі. Гэты эфект пагаршаецца па меры скарачэння працягласці пачатковага імпульсу. Хоць звышхуткія лазеры могуць выпраменьваць імпульсы працягласцю 50 секунд, іх можна ўзмацняць у часе з дапамогай люстэркаў і лінзаў для перадачы імпульсу ў мэтавае месца, або нават проста перадаваць імпульс праз паветра.
Гэтае скажэнне часу колькасна вызначаецца з дапамогай меры, якая называецца групавой дысперсіяй з затрымкай (ГЗД), таксама вядомай як дысперсія другога парадку. Фактычна, існуюць таксама члены дысперсіі вышэйшага парадку, якія могуць уплываць на размеркаванне імпульсаў ультрафарт-лазера па часе, але на практыцы звычайна дастаткова проста вывучыць уплыў ГЗД. ГЗД — гэта значэнне, якое залежыць ад частаты і лінейна прапарцыйнае таўшчыні дадзенага матэрыялу. Прапускаючая оптыка, такая як кампаненты лінзы, акна і аб'ектыва, звычайна мае станоўчыя значэнні ГЗД, што паказвае, што пасля сціскання імпульсы могуць даць прапускаючай оптыцы большую працягласць імпульсу, чым тыя, што выпраменьваюцца...лазерныя сістэмыКампаненты з ніжэйшымі частотамі (г.зн. больш доўгімі даўжынямі хваль) распаўсюджваюцца хутчэй, чым кампаненты з вышэйшымі частотамі (г.зн. менш кароткімі даўжынямі хваль). Па меры таго, як імпульс праходзіць праз усё большую і большую частку матэрыі, даўжыня хвалі ў імпульсе будзе працягваць павялічвацца ў часе. Пры меншай працягласці імпульсу, а значыць, і пры больш шырокай паласе прапускання, гэты эфект яшчэ больш узмацняецца і можа прывесці да значнага скажэння часу імпульсу.
Прымяненне звышхуткіх лазераў
спектраскапія
З моманту з'яўлення звышхуткіх лазерных крыніц спектраскапія стала адной з асноўных абласцей іх прымянення. Дзякуючы скарачэнню працягласці імпульсу да фемтасекунд або нават атасекунд, цяпер можна дасягнуць дынамічных працэсаў у фізіцы, хіміі і біялогіі, якія гістарычна было немагчыма назіраць. Адным з ключавых працэсаў з'яўляецца рух атамаў, і назіранне руху атамаў палепшыла навуковае разуменне фундаментальных працэсаў, такіх як малекулярныя вібрацыі, малекулярная дысацыяцыя і перанос энергіі ў фотасінтэтычных бялках.
біявізуалізацыя
Звышхуткія лазеры пікавай магутнасці падтрымліваюць нелінейныя працэсы і паляпшаюць раздзяляльную здольнасць для біялагічнай візуалізацыі, напрыклад, шматфатоннай мікраскапіі. У шматфатоннай сістэме, каб генераваць нелінейны сігнал з біялагічнага асяроддзя або флуарэсцэнтнай мішэні, два фатоны павінны перакрывацца ў прасторы і часе. Гэты нелінейны механізм паляпшае раздзяляльную здольнасць візуалізацыі, значна памяншаючы фонавыя флуарэсцэнтныя сігналы, якія перашкаджаюць даследаванням аднафатонных працэсаў. Паказана спрошчаная схема фону сігналу. Меншая вобласць узбуджэння шматфатоннага мікраскопа таксама прадухіляе фотатаксічнасць і мінімізуе пашкоджанне ўзору.
Малюнак 1: Прыклад дыяграмы шляху прамяня ў эксперыменце з шматфатонным мікраскопам
Лазерная апрацоўка матэрыялаў
Звышхуткія лазерныя крыніцы таксама зрабілі рэвалюцыю ў лазернай мікраапрацоўцы і апрацоўцы матэрыялаў дзякуючы ўнікальнаму спосабу ўзаемадзеяння звышкароткіх імпульсаў з матэрыяламі. Як ужо згадвалася раней, пры абмеркаванні LDT працягласць звышхуткага імпульсу хутчэйшая за час дыфузіі цяпла ў рашотку матэрыялу. Звышхуткія лазеры ствараюць значна меншую зону цеплавога ўздзеяння, чымнанасекундныя імпульсныя лазеры, што прыводзіць да меншых страт пры разрэзе і больш дакладнай апрацоўкі. Гэты прынцып таксама прыдатны для медыцынскіх ужыванняў, дзе павышаная дакладнасць ультрафарт-лазернай рэзкі дапамагае паменшыць пашкоджанне навакольных тканін і паляпшае ўражанні пацыента падчас лазернай аперацыі.
Атасекундныя імпульсы: будучыня звышхуткіх лазераў
Па меры таго, як даследаванні ў галіне звышхуткіх лазераў працягваюць развівацца, распрацоўваюцца новыя і ўдасканаленыя крыніцы святла з больш кароткай працягласцю імпульсаў. Каб лепш зразумець больш хуткія фізічныя працэсы, многія даследчыкі засяроджваюцца на генерацыі атасекундных імпульсаў — каля 10-18 с у дыяпазоне даўжынь хваль крайняга ультрафіялетавага (XUV) выпраменьвання. Атасекундныя імпульсы дазваляюць адсочваць рух электронаў і паляпшаюць наша разуменне электроннай структуры і квантавай механікі. Хоць інтэграцыя атасекундных лазераў XUV у прамысловыя працэсы яшчэ не дасягнула значнага прагрэсу, бягучыя даследаванні і дасягненні ў гэтай галіне амаль напэўна выцесняць гэтую тэхналогію з лабараторый у вытворчасць, як гэта было ў выпадку з фемтасекунднымі і пікасекунднымі.лазерныя крыніцы.
Час публікацыі: 25 чэрвеня 2024 г.