Laser cực nhanh phần hai

Độc nhấtLaser cực nhanhPhần thứ hai

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 các laser cực nhanh là duy trì thời gian của các xung siêu ngắn ban đầu được phát ra bởilaser. Các xung cực nhanh rất dễ bị biến dạng thời gian, làm cho các xung dài hơn. Hiệu ứng này trở nên tồi tệ hơn khi thời gian của xung ban đầu rút ngắn. Mặc dù các laser cực nhanh có thể phát ra các xung với thời lượng 50 giây, chúng có thể được khuếch đại theo thời gian bằng cách sử dụng gương và ống kính để truyền xung đến vị trí đích, hoặc thậm chí chỉ truyền xung qua không khí.

Biến dạng thời gian này được định lượng bằng cách sử dụng một biện pháp gọi là phân tán trễ (GDD) của nhóm, còn được gọi là phân tán bậc hai. Trên thực tế, cũng có các thuật ngữ phân tán bậc cao hơn có thể ảnh hưởng đến việc phân phối thời gian của các xung laser ultrafart, nhưng trong thực tế, nó thường đủ để kiểm tra ảnh hưởng của GDD. GDD là một giá trị phụ thuộc tần số tỷ lệ tuyến tính với độ dày của một vật liệu nhất định. Các quang học truyền như ống kính, cửa sổ và các thành phần khách quan thường có các giá trị GDD dươngHệ thống laser. Các thành phần có tần số thấp hơn (IE, bước sóng dài hơn) lan truyền nhanh hơn các thành phần có tần số cao hơn (IE, bước sóng ngắn hơn). Khi xung đi qua ngày càng nhiều quan trọng, bước sóng trong xung sẽ tiếp tục mở rộng hơn nữa theo thời gian. Đối với thời lượng xung ngắn hơn, và do đó băng thông rộng hơn, hiệu ứng này được phóng đại hơn nữa và có thể dẫn đến biến dạng thời gian xung đáng kể.

Ứng dụng laser cực nhanh
quang phổ
Kể từ sự ra đời của các nguồn laser cực nhanh, quang phổ đã là một trong những lĩnh vực ứng dụng chính của họ. Bằng cách giảm thời gian xung xuống còn giây hoặc thậm chí là các quá trình động, các quá trình động trong vật lý, hóa học và sinh học mà lịch sử không thể quan sát được giờ đây có thể đạt được. Một trong những quá trình chính là chuyển động nguyên tử, và việc quan sát chuyển động nguyên tử đã cải thiện sự 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.

sinh học
Laser siêu 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 một hệ thống đa photon, để tạo ra tín hiệu phi tuyến từ mục tiêu môi trường sinh học hoặc huỳnh quang, hai photon phải chồng chéo về không gian và thời gian. Cơ chế phi tuyến này cải thiện độ phân giải hình ảnh bằng cách giảm đáng kể các tín hiệu huỳnh quang nền làm cho các nghiên cứu bệnh dịch hạch về các quá trình đơn photon. Nền tín hiệu đơn giản hóa được minh họa. Vùng kích thích nhỏ hơn của kính hiển vi đa điểm cũng ngăn ngừa độc tính quang và giảm thiểu thiệt hại cho mẫu.

Hình 1: Một sơ đồ ví dụ về đường dẫn chùm trong thí nghiệm kính hiển vi đa photon

Xử lý vật liệu laser
Các nguồn laser cực nhanh cũng đã cách mạng hóa micromachining laser và xử lý vật liệu do cách duy nhất mà các xung ultrashort tương tác với vật liệu. Như đã đề cập trước đó, khi thảo luận về LDT, thời gian xung cực nhanh nhanh hơn so với thang đo thời gian khuếch tán nhiệt vào mạng của vật liệu. Laser cực nhanh tạo ra một vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt nhỏ hơn nhiều so vớiLaser xung nano giây, dẫn đến tổn thất vết mổ thấp hơn và gia công chính xác hơn. Nguyên tắc này cũng được áp dụng cho các ứng dụng y tế, trong đó độ chính xác của việc cắt laser siêu âm tăng giúp giảm thiệt hại cho mô xung quanh và cải thiện trải nghiệm của bệnh nhân trong phẫu thuật laser.

Attosecond Pulses: Tương lai của tia laser cực nhanh
Khi nghiên cứu tiếp tục thúc đẩy các 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 attosecond-khoảng 10-18 giây trong phạm vi bước sóng cực tím (XUV) cực đoan. Các xung attosecond cho phép theo dõi chuyển động điện tử và cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về cấu trúc điện tử và cơ học lượng tử. Mặc dù việc tích hợp các laser XUV attosecond vào các quy trình công nghiệp vẫn chưa đạt được tiến bộ đáng kể, nhưng nghiên cứu và tiến bộ liên tục trong lĩnh vực này gần như chắc chắn sẽ đẩy công nghệ này ra khỏi phòng thí nghiệm và vào sản xuất, như đã xảy raNguồn laser.