Einzigartiger ultraschneller Laser Teil zwei

Einzigartigultraschneller LaserTeil zwei

Dispersion und Impulsverbreitung: Gruppenverzögerungsdispersion
Eine der schwierigsten technischen Herausforderungen bei der Verwendung ultraschneller Laser besteht darin, die Dauer der ursprünglich von ihnen emittierten ultrakurzen Impulse aufrechtzuerhaltenLaser. Ultraschnelle Impulse sind sehr anfällig für Zeitverzerrungen, wodurch die Impulse länger werden. Dieser Effekt wird umso schlimmer, je kürzer die Dauer des Anfangsimpulses ist. Während ultraschnelle Laser Impulse mit einer Dauer von 50 Sekunden aussenden können, können sie durch den Einsatz von Spiegeln und Linsen zeitlich verstärkt werden, um den Impuls an den Zielort zu übertragen, oder den Impuls einfach durch die Luft übertragen.

Diese Zeitverzerrung wird mithilfe eines Maßes quantifiziert, das als gruppenverzögerte Dispersion (GDD) bezeichnet wird und auch als Dispersion zweiter Ordnung bekannt ist. Tatsächlich gibt es auch Dispersionsterme höherer Ordnung, die die Zeitverteilung von Ultrafart-Laserpulsen beeinflussen können, aber in der Praxis reicht es normalerweise aus, nur den Effekt der GDD zu untersuchen. GDD ist ein frequenzabhängiger Wert, der linear proportional zur Dicke eines bestimmten Materials ist. Übertragungsoptiken wie Linsen, Fenster und Objektivkomponenten weisen typischerweise positive GDD-Werte auf, was darauf hindeutet, dass einmal komprimierte Impulse der Übertragungsoptik eine längere Impulsdauer verleihen können als die von ihnen emittierten ImpulseLasersysteme. Komponenten mit niedrigeren Frequenzen (dh längeren Wellenlängen) breiten sich schneller aus als Komponenten mit höheren Frequenzen (dh kürzeren Wellenlängen). Während der Puls immer mehr Materie durchdringt, wird sich die Wellenlänge im Puls mit der Zeit immer weiter ausdehnen. Bei kürzeren Pulsdauern und damit größeren Bandbreiten wird dieser Effekt noch verstärkt und kann zu erheblichen Pulszeitverzerrungen führen.

Ultraschnelle Laseranwendungen
Spektroskopie
Seit dem Aufkommen ultraschneller Laserquellen ist die Spektroskopie eines ihrer Hauptanwendungsgebiete. Durch die Reduzierung der Pulsdauer auf Femtosekunden oder sogar Attosekunden können nun dynamische Prozesse in Physik, Chemie und Biologie erreicht werden, die historisch nicht beobachtbar waren. Einer der Schlüsselprozesse ist die Atombewegung, und die Beobachtung der Atombewegung hat das wissenschaftliche Verständnis grundlegender Prozesse wie molekularer Vibration, molekularer Dissoziation und Energieübertragung in photosynthetischen Proteinen verbessert.

Bioimaging
Ultraschnelle Laser mit Spitzenleistung unterstützen nichtlineare Prozesse und verbessern die Auflösung für die biologische Bildgebung, beispielsweise die Multiphotonenmikroskopie. Um in einem Multiphotonensystem ein nichtlineares Signal aus einem biologischen Medium oder einem fluoreszierenden Ziel zu erzeugen, müssen sich zwei Photonen räumlich und zeitlich überlappen. Dieser nichtlineare Mechanismus verbessert die Bildauflösung, indem er Hintergrundfluoreszenzsignale deutlich reduziert, die Untersuchungen von Einzelphotonenprozessen erschweren. Dargestellt ist der vereinfachte Signalhintergrund. Der kleinere Anregungsbereich des Multiphotonenmikroskops verhindert zudem Phototoxizität und minimiert Schäden an der Probe.

Abbildung 1: Ein Beispieldiagramm eines Strahlengangs in einem Multiphotonen-Mikroskop-Experiment

Lasermaterialbearbeitung
Ultraschnelle Laserquellen haben aufgrund der einzigartigen Art und Weise, wie ultrakurze Impulse mit Materialien interagieren, auch die Lasermikrobearbeitung und Materialbearbeitung revolutioniert. Wie bereits erwähnt, ist bei der Diskussion von LDT die Dauer des ultraschnellen Pulses schneller als die Zeitskala der Wärmediffusion in das Gitter des Materials. Ultrakurzpulslaser erzeugen eine viel kleinere Wärmeeinflusszone alsNanosekunden-gepulste Laser, was zu geringeren Schnittverlusten und einer präziseren Bearbeitung führt. Dieses Prinzip ist auch auf medizinische Anwendungen anwendbar, wo die erhöhte Präzision des Ultrafart-Laserschneidens dazu beiträgt, Schäden am umliegenden Gewebe zu reduzieren und das Patientenerlebnis während der Laserchirurgie zu verbessern.

Attosekundenpulse: die Zukunft ultraschneller Laser
Während die Forschung ultraschnelle Laser weiter vorantreibt, werden neue und verbesserte Lichtquellen mit kürzeren Pulsdauern entwickelt. Um Einblicke in schnellere physikalische Prozesse zu gewinnen, konzentrieren sich viele Forscher auf die Erzeugung von Attosekundenpulsen – etwa 10–18 s im extrem ultravioletten (XUV) Wellenlängenbereich. Attosekundenpulse ermöglichen die Verfolgung der Elektronenbewegung und verbessern unser Verständnis der elektronischen Struktur und Quantenmechanik. Während die Integration von XUV-Attosekundenlasern in industrielle Prozesse noch keine nennenswerten Fortschritte gemacht hat, werden laufende Forschung und Fortschritte auf diesem Gebiet diese Technologie mit ziemlicher Sicherheit aus dem Labor in die Fertigung verdrängen, wie dies bei Femtosekunden- und Pikosekundenlasern der Fall warLaserquellen.