Độc nhấttia laser siêu nhanhphần hai
Sự phân tán và lan truyền xung: Sự phân tán trễ nhóm
Một trong những thách thức kỹ thuật khó khăn nhất gặp phải khi sử dụng tia laser siêu nhanh là duy trì thời lượng của các xung cực ngắn ban đầu được phát ra bởitia laserXung siêu nhanh rất dễ bị biến dạng thời gian, khiến xung dài hơn. Hiệu ứng này trở nên tồi tệ hơn khi thời gian của xung ban đầu ngắn lại. Mặc dù laser siêu nhanh có thể phát ra xung với thời lượng 50 giây, chúng có thể được khuếch đại theo thời gian bằng cách sử dụng gương và thấu kính để truyền xung đến vị trí mục tiêu, hoặc thậm chí chỉ cần truyền xung qua không khí.
Độ méo thời gian này được định lượng bằng một phép đo gọi là tán sắc trễ nhóm (GDD), còn được gọi là tán sắc bậc hai. Trên thực tế, cũng có những số hạng tán sắc bậc cao hơn có thể ảnh hưởng đến phân bố thời gian của các xung laser siêu xa, nhưng trên thực tế, thường chỉ cần xem xét hiệu ứng của GDD là đủ. GDD là một giá trị phụ thuộc tần số, tỷ lệ tuyến tính với độ dày của một vật liệu nhất định. Các thành phần quang học truyền dẫn như thấu kính, cửa sổ và vật kính thường có giá trị GDD dương, cho thấy rằng các xung sau khi nén có thể cung cấp cho quang học truyền dẫn một khoảng thời gian xung dài hơn so với các xung phát ra từhệ thống laserCác thành phần có tần số thấp hơn (tức là bước sóng dài hơn) lan truyền nhanh hơn các thành phần có tần số cao hơn (tức là bước sóng ngắn hơn). Khi xung đi qua càng nhiều vật chất, bước sóng trong xung sẽ tiếp tục mở rộng theo thời gian. Đối với các xung có thời lượng ngắn hơn, và do đó băng thông rộng hơn, hiệu ứng này càng bị phóng đại và có thể dẫn đến méo thời gian xung đáng kể.
Ứng dụng laser siêu nhanh
quang phổ học
Kể từ khi các nguồn laser siêu nhanh ra đời, quang phổ học đã trở thành một trong những lĩnh vực ứng dụng chính của chúng. Bằng cách giảm độ dài xung xuống còn femto giây hoặc thậm chí atto giây, các quá trình động trong vật lý, hóa học và sinh học mà trước đây không thể quan sát được giờ đây có thể được thực hiện. Một trong những quá trình then chốt là chuyển động nguyên tử, và việc quan sát chuyển động nguyên tử đã cải thiện hiểu biết khoa học về các quá trình cơ bản như rung động phân tử, phân ly phân tử và truyền năng lượng trong protein quang hợp.
hình ảnh sinh học
Laser siêu nhanh công suất đỉnh hỗ trợ các quy trình phi tuyến tính và cải thiện độ phân giải cho hình ảnh sinh học, chẳng hạn như kính hiển vi đa photon. Trong hệ thống đa photon, để tạo ra tín hiệu phi tuyến tính từ môi trường sinh học hoặc mục tiêu huỳnh quang, hai photon phải chồng lấn nhau về không gian và thời gian. Cơ chế phi tuyến tính này cải thiện độ phân giải hình ảnh bằng cách giảm đáng kể các tín hiệu huỳnh quang nền gây ảnh hưởng đến các nghiên cứu về quy trình đơn photon. Nền tín hiệu được đơn giản hóa được minh họa. Vùng kích thích nhỏ hơn của kính hiển vi đa photon cũng ngăn ngừa độc tính quang học và giảm thiểu hư hại cho mẫu.
Hình 1: Sơ đồ ví dụ về đường đi của chùm tia trong thí nghiệm kính hiển vi đa photon
Xử lý vật liệu bằng laser
Nguồn laser siêu nhanh cũng đã cách mạng hóa ngành vi gia công laser và xử lý vật liệu nhờ cách thức tương tác độc đáo của các xung cực ngắn với vật liệu. Như đã đề cập trước đó, khi thảo luận về LDT, thời gian xung siêu nhanh nhanh hơn thang thời gian khuếch tán nhiệt vào mạng tinh thể vật liệu. Laser siêu nhanh tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn nhiều so với laser.tia laser xung nano giây, giúp giảm thiểu tổn thất vết mổ và gia công chính xác hơn. Nguyên lý này cũng được áp dụng trong y tế, khi độ chính xác cao hơn của cắt laser siêu xa giúp giảm thiểu tổn thương mô xung quanh và cải thiện trải nghiệm của bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật laser.
Xung atto giây: tương lai của tia laser siêu nhanh
Khi nghiên cứu tiếp tục phát triển laser siêu nhanh, các nguồn sáng mới và cải tiến với thời lượng xung ngắn hơn đang được phát triển. Để hiểu rõ hơn về các quá trình vật lý nhanh hơn, nhiều nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc tạo ra các xung atto giây – khoảng 10-18 giây trong dải bước sóng cực tím (XUV). Các xung atto giây cho phép theo dõi chuyển động của electron và cải thiện hiểu biết của chúng ta về cấu trúc điện tử và cơ học lượng tử. Mặc dù việc tích hợp laser XUV atto giây vào các quy trình công nghiệp vẫn chưa đạt được tiến bộ đáng kể, nhưng các nghiên cứu và tiến bộ đang diễn ra trong lĩnh vực này gần như chắc chắn sẽ đưa công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và đưa vào sản xuất, như trường hợp của femto giây và pico giây.nguồn laser.
Thời gian đăng: 25-06-2024