Унікальны звышхуткі лазер частка другая

Унікальнызвышхуткі лазерчастка другая

Дысперсія і распаўсюджванне імпульсаў: дысперсія групавой затрымкі
Адной з самых складаных тэхнічных праблем, якія ўзнікаюць пры выкарыстанні звышхуткіх лазераў, з'яўляецца захаванне працягласці звышкароткіх імпульсаў, першапачаткова выпраменьваных лазерам.лазер. Звышхуткія імпульсы вельмі адчувальныя да скажэння часу, што робіць імпульсы даўжэйшымі. Гэты эфект узмацняецца па меры скарачэння працягласці першапачатковага імпульсу. У той час як звышхуткія лазеры могуць выпраменьваць імпульсы працягласцю 50 секунд, іх можна ўзмацніць з часам з дапамогай люстэркаў і лінзаў для перадачы імпульсу ў мэтавае месца, або нават проста перадачы імпульсу праз паветра.

Гэта часовае скажэнне вызначаецца колькасна з дапамогай меры, званай групавой затрымкай дысперсіі (GDD), таксама вядомай як дысперсія другога парадку. Фактычна, існуюць таксама члены дысперсіі больш высокага парадку, якія могуць уплываць на размеркаванне ў часе імпульсаў ультрафарт-лазера, але на практыцы звычайна дастаткова проста вывучыць эфект GDD. GDD - гэта частатазалежнае значэнне, якое лінейна прапарцыйна таўшчыні дадзенага матэрыялу. Прапускаючая оптыка, такая як кампаненты лінзы, акна і аб'ектыва, звычайна мае дадатныя значэнні GDD, што паказвае на тое, што калісьці сціснутыя імпульсы могуць даць перадаючай оптыцы больш працягласць імпульсу, чым выпраменьваныялазерныя сістэмы. Кампаненты з больш нізкімі частотамі (напрыклад, больш доўгія хвалі) распаўсюджваюцца хутчэй, чым кампаненты з больш высокімі частотамі (г.зн. больш кароткімі даўжынямі хваль). Калі імпульс праходзіць праз усё больш і больш матэрыі, даўжыня хвалі ў імпульсе будзе працягваць пашырацца ўсё далей і далей у часе. Для меншай працягласці імпульсу і, такім чынам, для большай паласы прапускання гэты эфект яшчэ больш перабольшаны і можа прывесці да значнага скажэння часу імпульсу.

Звышхуткія лазерныя праграмы
спектраскапіі
З моманту з'яўлення звышхуткіх лазерных крыніц спектраскапія была адной з асноўных абласцей іх прымянення. Змяншаючы працягласць імпульсу да фемтасекунд ці 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 за рухам атамаў палепшыла навуковае разуменне фундаментальных працэсаў, такіх як малекулярная вібрацыя, малекулярная дысацыяцыя і перадача энергіі ў фотасінтэтычных бялках.

біявізуалізацыя
Звышхуткія лазеры з пікавай магутнасцю падтрымліваюць нелінейныя працэсы і паляпшаюць раздзяляльнасць для біялагічных малюнкаў, такіх як шматфатонная мікраскапія. У шматфатоннай сістэме, каб стварыць нелінейны сігнал ад біялагічнага асяроддзя або флуоресцентной мішэні, два фатона павінны перакрывацца ў прасторы і часе. Гэты нелінейны механізм паляпшае раздзяляльнасць малюнка за кошт значнага памяншэння фонавых сігналаў флуарэсцэнцыі, якія перашкаджаюць даследаванням аднафатонных працэсаў. На малюнку паказаны спрошчаны сігнальны фон. 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 ультракароткіх імпульсаў з матэрыяламі. Як згадвалася раней, пры абмеркаванні LDT працягласць звышхуткага імпульсу перавышае часовую шкалу 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 дастасавальны да медыцынскага прымянення, дзе падвышаная дакладнасць ультрафарт-лазернай рэзкі дапамагае паменшыць пашкоджанне навакольных тканін і паляпшае адчуванне пацыента падчас лазернай хірургіі.

Атасекундныя імпульсы: будучыня звышхуткіх лазераў
Па меры таго, як даследаванні працягваюць развіваць звышхуткія лазеры, распрацоўваюцца новыя і ўдасканаленыя крыніцы святла з меншай працягласцю імпульсу. Каб атрымаць уяўленне аб больш хуткіх фізічных працэсах, многія даследчыкі засяроджваюцца на генерацыі атасекундных імпульсаў - каля 10-18 с у крайнім ультрафіялетавым (XUV) дыяпазоне даўжынь хваль. Атасекундныя імпульсы дазваляюць адсочваць рух электронаў і паляпшаюць наша разуменне электроннай структуры і квантавай механікі. У той час як інтэграцыя XUV атасекундных лазераў у прамысловыя працэсы яшчэ не дасягнула значнага прагрэсу, бягучыя даследаванні і дасягненні ў гэтай галіне амаль напэўна выцесняць гэтую тэхналогію з лабараторыі ў вытворчасць, як гэта было ў выпадку з фемтасекундным і пікасекунднымлазерныя крыніцы.


Час публікацыі: 25 чэрвеня 2024 г