Unikalus itin greitas lazeris, antroji dalis

Unikalusitin greitas lazerisantra dalis

Dispersija ir impulsų sklidimas: grupės vėlavimo dispersija
Vienas iš sunkiausių techninių iššūkių, su kuriais susiduriama naudojant itin greitus lazerius, yra išlaikyti itin trumpų impulsų, kuriuos iš pradžių skleidžia lazeris, trukmę.lazerisItin greiti impulsai yra labai jautrūs laiko iškraipymams, todėl impulsai pailgėja. Šis efektas sustiprėja trumpėjant pradinio impulso trukmei. Nors itin greiti lazeriai gali skleisti 50 sekundžių trukmės impulsus, juos galima sustiprinti laike naudojant veidrodžius ir lęšius impulsui perduoti į taikinį arba tiesiog perduoti impulsą oru.

Šis laiko iškraipymas kiekybiškai įvertinamas naudojant matą, vadinamą grupine uždelsta dispersija (GDD), dar vadinamą antros eilės dispersija. Tiesą sakant, yra ir aukštesnės eilės dispersijos terminų, kurie gali turėti įtakos ultrafart lazerio impulsų laiko pasiskirstymui, tačiau praktiškai paprastai pakanka tik ištirti GDD poveikį. GDD yra nuo dažnio priklausanti vertė, kuri yra tiesiškai proporcinga tam tikros medžiagos storiui. Prasisklaidančios optikos, tokios kaip lęšis, langas ir objektyvo komponentai, paprastai turi teigiamas GDD vertes, o tai rodo, kad suspausti impulsai gali suteikti pralaidžiai optikai ilgesnę impulso trukmę nei tie, kuriuos skleidžia...lazerinės sistemosŽemesnių dažnių (t. y. ilgesnių bangos ilgių) komponentai sklinda greičiau nei aukštesnių dažnių (t. y. trumpesnių bangos ilgių) komponentai. Impulsui praeinant per vis daugiau medžiagos, bangos ilgis impulse vis ilgės. Trumpesnėms impulso trukmėms ir todėl platesniam dažnių juostos pločiui šis efektas dar labiau sustiprėja ir gali sukelti didelį impulso laiko iškraipymą.

Itin greitų lazerių taikymas
spektroskopija
Nuo ultragreitų lazerinių šaltinių atsiradimo spektroskopija tapo viena iš pagrindinių jų taikymo sričių. Sumažinus impulso trukmę iki femtosekundžių ar net atosekundžių, 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 mokslinį supratimą apie tokius fundamentalius procesus kaip molekulinė vibracija, molekulinė disociacija ir energijos perdavimas fotosintetinančiuose baltymuose.

biovaizdavimas
Didžiausios galios itin greiti lazeriai palaiko netiesinius procesus ir pagerina biologinio vaizdavimo, pvz., daugiafotonio mikroskopijos, skiriamąją gebą. Daugiafotonėje sistemoje, norint generuoti netiesinį signalą iš biologinės terpės arba fluorescencinio taikinio, du fotonai turi persidengti erdvėje ir laike. Šis netiesinis mechanizmas pagerina vaizdo skiriamąją gebą, žymiai sumažindamas foninius fluorescencijos signalus, kurie trukdo tirti vieno fotono procesus. Paveikslėlyje pavaizduotas supaprastintas signalo fonas. Mažesnis daugiafotonio mikroskopo sužadinimo regionas taip pat apsaugo nuo fototoksiškumo ir sumažina mėginio pažeidimus.

1 pav.: Daugiafotonio mikroskopo eksperimento spindulio trajektorijos diagramos pavyzdys

Lazerinis medžiagų apdirbimas
Itin greiti lazeriniai šaltiniai taip pat sukėlė revoliuciją lazeriniame mikroapdirbime ir medžiagų apdirbime dėl unikalaus itin trumpų impulsų sąveikos su medžiagomis būdo. Kaip minėta anksčiau, aptariant LDT, itin greito impulso trukmė yra trumpesnė nei šilumos difuzijos į medžiagos gardelę laiko skalė. Itin greiti lazeriai sukuria daug mažesnę karščio paveiktą zoną nei...nanosekundinių impulsų lazeriai, todėl sumažėja pjūvio nuostoliai ir apdirbimas tampa tikslesnis. Šis principas taip pat taikomas medicinos srityje, kur padidėjęs ultrafart lazerinio pjovimo tikslumas padeda sumažinti aplinkinių audinių pažeidimus ir pagerina paciento patirtį lazerinės chirurgijos metu.

Attosekundiniai impulsai: itin greitų lazerių ateitis
Toliau tęsiant tyrimus siekiant tobulinti itin greitus lazerius, kuriami nauji ir patobulinti šviesos šaltiniai su trumpesne impulsų trukme. Siekdami geriau suprasti greitesnius fizikinius procesus, daugelis tyrėjų daugiausia dėmesio skiria atosekundinių impulsų – maždaug 10–18 s trukmės ekstremaliame ultravioletinių (XUV) bangų ilgių diapazone – generavimui. 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 nepasiekė didelės pažangos, nuolatiniai tyrimai ir pažanga šioje srityje beveik neabejotinai išstums šią technologiją iš laboratorijų į gamybą, kaip tai atsitiko su femtosekundiniais ir pikosekundiniais lazeriais.lazerio šaltiniai.