Độc nhấttia laser cực nhanhphần hai
Phân tán và trải rộng xung: Phân tán độ trễ nhóm
Một trong những thách thức kỹ thuật khó khăn nhất gặp phải khi sử dụng laser cực nhanh là duy trì thời lượng của các xung cực ngắn ban đầu được phát ra bởi tia laser.tia laze. Các xung cực nhanh rất dễ bị biến dạng về mặt thời gian, khiến cho các xung phát ra dài hơn. Hiệu ứng này trở nên tồi tệ hơn khi thời lượng của xung ban đầu ngắn lại. Mặc dù tia laser cực nhanh có thể phát ra các xung với thời lượng 50 giây nhưng chúng có thể được khuếch đại kịp thời bằng cách sử dụng gương và thấu kính để truyền xung đến vị trí mục tiêu hoặc thậm chí chỉ truyền xung qua không khí.
Độ méo thời gian này được định lượng bằng cách sử dụng thước đo gọi là tán sắc trễ nhóm (GDD), còn được gọi là tán sắc bậc hai. Trên thực tế, cũng có những thuật ngữ phân tán bậc cao hơn có thể ảnh hưởng đến sự phân bố thời gian của các xung laser cực xa, nhưng trên thực tế, thông thường chỉ cần kiểm tra tác động của GDD là đủ. GDD là giá trị phụ thuộc tần số, tỷ lệ tuyến tính với độ dày của vật liệu nhất định. Các quang học truyền dẫn như thấu kính, cửa sổ và các thành phần vật kính thường có giá trị GDD dương, điều này cho thấy rằng một khi các xung bị nén có thể mang lại cho quang học truyền dẫn một khoảng thời gian xung dài hơn so với các xung phát ra từhệ thống laser. Các 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 ngày càng nhiều vật chất, bước sóng trong xung sẽ tiếp tục kéo dài ngày càng xa hơn theo thời gian. Đối với thời lượng xung ngắn hơn và do đó băng thông rộng hơn, hiệu ứng này càng bị phóng đại hơn và có thể dẫn đến méo thời gian xung đáng kể.
Ứng dụng laser cực nhanh
quang phổ
Kể từ khi các nguồn laser cực nhanh ra đời, quang phổ học đã trở thành một trong những lĩnh vực ứng dụng chính của chúng. Bằng cách giảm thời lượng xung xuống femto giây hoặc thậm chí atto giây, giờ đây có thể đạt được các quá trình động học trong vật lý, hóa học và sinh học mà trước đây không thể quan sát được. Một trong những quá trình quan trọng 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 cực nhanh công suất cực đại hỗ trợ các quá trình phi tuyến và cải thiện độ phân giải cho hình ảnh sinh học, chẳng hạn như kính hiển vi đa photon. Trong hệ thống nhiều photon, để tạo ra tín hiệu phi tuyến từ môi trường sinh học hoặc mục tiêu huỳnh quang, hai photon phải chồng lên nhau trong 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 cản trở cho các nghiên cứu về các quá trình photon đơn lẻ. Nền tín hiệu đơn giản hóa được minh họa. Vùng kích thích nhỏ hơn của kính hiển vi đa photon cũng ngăn ngừa hiện tượng quang độc và giảm thiểu thiệt hại cho mẫu.
Hình 1: Sơ đồ ví dụ về đường đi của chùm tia trong thí nghiệm kính hiển vi đa photon
Gia công vật liệu bằng laze
Các nguồn laser cực nhanh cũng đã cách mạng hóa công nghệ vi cơ laser và xử lý vật liệu nhờ cách thức độc đáo mà các xung cực ngắn tương tác với vật liệu. Như đã đề cập trước đó, khi thảo luận về LDT, thời lượng xung cực nhanh nhanh hơn thang thời gian khuếch tán nhiệt vào mạng vật liệu. Laser cực nhanh tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn nhiều so vớilaser xung nano giây, dẫn đến tổn thất vết cắt thấp hơn và gia công chính xác hơn. Nguyên tắc này cũng có thể áp dụng cho các ứng dụng y tế, trong đó việc cắt bằng tia laser cực xa có độ chính xác cao hơn giúp giảm tổn thương cho các mô xung quanh và cải thiện trải nghiệm của bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật bằng laser.
Xung Attosecond: tương lai của laser cực nhanh
Khi nghiên cứu tiếp tục cải tiến các tia laser cực 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 nâng cao hiểu biết của chúng ta về cấu trúc điện tử và cơ học lượng tử. Trong khi việc tích hợp laser attosecond XUV vào các quy trình công nghiệp vẫn chưa đạt được tiến bộ đáng kể, thì những nghiên cứu và tiến bộ đang diễn ra trong lĩnh vực này gần như chắc chắn sẽ đẩy công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và đưa vào sản xuất, như trường hợp của femtosecond và picosecond.nguồn laser.
Thời gian đăng: 25-06-2024