Unikalusitin greitas lazerisantra dalis
Dispersijos ir impulsų sklaida: grupės vėlinimo dispersija
Vienas iš sunkiausių techninių iššūkių, su kuriais susiduriama naudojant itin greitus lazerius, yra išlaikyti itin trumpų impulsų, iš pradžių skleidžiamųlazeris. Itin greiti impulsai yra labai jautrūs laiko iškraipymui, todėl impulsai pailgėja. Šis poveikis blogėja, kai sutrumpėja pradinio pulso trukmė. Nors ypač greiti lazeriai gali skleisti impulsus, kurių trukmė yra 50 sekundžių, juos galima sustiprinti laiku naudojant veidrodžius ir lęšius, kad impulsas būtų perduodamas į tikslinę vietą arba tiesiog perduodamas per orą.
Šis laiko iškraipymas kiekybiškai įvertinamas naudojant matą, vadinamą grupės uždelsta dispersija (GDD), taip pat žinoma kaip antrosios eilės dispersija. Tiesą sakant, yra ir aukštesnės eilės sklaidos terminų, kurie gali turėti įtakos ultrafarto lazerio impulsų pasiskirstymui laiko atžvilgiu, tačiau praktikoje paprastai pakanka tik ištirti GDD poveikį. GDD yra nuo dažnio priklausoma vertė, kuri yra tiesiškai proporcinga tam tikros medžiagos storiui. Perdavimo optika, tokia kaip lęšis, langas ir objektyvo komponentai, paprastai turi teigiamas GDD reikšmes, o tai rodo, kad suspausti impulsai gali suteikti perdavimo optikai ilgesnę impulso trukmę nei skleidžiamilazerinės sistemos. Žemesnio dažnio komponentai (ty ilgesnio bangos ilgio) sklinda greičiau nei komponentai, kurių dažniai yra aukštesni (ty trumpesnio bangos ilgio). Kai impulsas praeina per vis daugiau medžiagos, impulso bangos ilgis laikui bėgant tęsis vis toliau. Esant trumpesnei impulsų trukmei, taigi ir didesniam dažnių juostos pločiui, šis efektas dar labiau perdėtas ir gali sukelti reikšmingą impulso laiko iškraipymą.
Itin greitas lazerinis pritaikymas
spektroskopija
Nuo pat ypač greitų lazerinių šaltinių atsiradimo spektroskopija buvo viena iš pagrindinių jų taikymo sričių. Sumažinus pulso trukmę iki femtosekundžių ar net attosekundžių, dabar galima pasiekti dinaminius fizikos, chemijos ir biologijos procesus, kurių istoriškai buvo neįmanoma stebėti. Vienas iš pagrindinių procesų yra atominis judėjimas, o atominio judėjimo stebėjimas pagerino pagrindinių procesų, tokių kaip molekulinė vibracija, molekulinė disociacija ir energijos perdavimas fotosintezės baltymuose, mokslinį supratimą.
biovaizdavimas
Didžiausios galios itin greiti lazeriai palaiko netiesinius procesus ir pagerina biologinio vaizdo, pvz., kelių fotonų mikroskopijos, skiriamąją gebą. Kelių fotonų sistemoje, norint generuoti netiesinį signalą iš biologinės terpės arba fluorescencinio taikinio, du fotonai turi sutapti erdvėje ir laike. Šis netiesinis mechanizmas pagerina vaizdo skiriamąją gebą, nes žymiai sumažina fono fluorescencijos signalus, kurie kenkia vieno fotono procesų tyrimui. Pavaizduotas supaprastintas signalo fonas. Mažesnė daugiafotoninio mikroskopo sužadinimo sritis taip pat apsaugo nuo fototoksiškumo ir sumažina mėginio žalą.
1 pav. Daugiafotonų mikroskopo eksperimento pluošto kelio pavyzdys
Lazerinis medžiagų apdorojimas
Itin greiti lazeriniai šaltiniai taip pat sukėlė revoliuciją lazeriniame mikroapdirbime ir medžiagų apdorojime dėl unikalaus būdo, kuriuo itin trumpi impulsai sąveikauja su medžiagomis. Kaip minėta anksčiau, kalbant apie LDT, ypač greitas impulso trukmė yra greitesnė nei šilumos sklaidos į medžiagos gardelę laiko skalė. Itin greiti lazeriai sukuria daug mažesnę karščio paveiktą zoną neinanosekundžių impulsiniai lazeriai, todėl sumažėja pjūvio nuostoliai ir tikslesnis apdirbimas. Šis principas taip pat taikomas medicinoje, kur didesnis ultrafartinio pjovimo lazeriu tikslumas padeda sumažinti aplinkinių audinių pažeidimus ir pagerina paciento patirtį atliekant lazerinę operaciją.
Atosekundiniai impulsai: itin greitų lazerių ateitis
Moksliniams tyrimams ir toliau tobulinant itin greitus lazerius, kuriami nauji ir patobulinti šviesos šaltiniai, kurių impulsų trukmė trumpesnė. Norėdami sužinoti apie greitesnius fizinius procesus, daugelis tyrinėtojų daugiausia dėmesio skiria atosekundinių impulsų generavimui – apie 10–18 s ekstremalaus ultravioletinio (XUV) bangos ilgio diapazone. Atosekundiniai impulsai leidžia sekti elektronų judėjimą ir pagerinti mūsų supratimą apie elektroninę struktūrą ir kvantinę mechaniką. Nors XUV atosekundinių lazerių integravimas į pramoninius procesus dar nepadarė reikšmingos pažangos, vykstantys moksliniai tyrimai ir pažanga šioje srityje beveik neabejotinai išstums šią technologiją iš laboratorijos ir į gamybą, kaip buvo femtosekundės ir pikosekundės atveju.lazeriniai šaltiniai.
Paskelbimo laikas: 2024-06-25