Einzigartiger ultraschneller Laser Teil zwei

EinzigartigUltrafaster LaserTeil zwei

Dispersion und Pulsausbreitung: Gruppenverzögerungsdispersion
Eine der schwierigsten technischen Herausforderungen bei der Verwendung von ultraschnellen Lasern besteht darinLaser. Ultraschnelle Impulse sind sehr anfällig für Zeitverzerrungen, was die Impulse länger macht. Dieser Effekt wird schlechter, da die Dauer des anfänglichen Impulses verkürzt. Während ultraschnelle Laser Impulse mit einer Dauer von 50 Sekunden absagen können, können sie rechtzeitig verstärkt werden, indem Spiegel und Linsen verwendet werden, um den Impuls an den Zielort zu übertragen oder den Impuls nur durch Luft zu übertragen.

Diese Zeitverzerrung wird unter Verwendung einer Maßnahme namens Group Delyed Dispersion (GDD) quantifiziert, auch als Dispersion zweiter Ordnung bezeichnet. Tatsächlich gibt es auch Dispersionsbegriffe höherer Ordnung, die die Zeitverteilung von Ultrafart-Laser-Impulsen beeinflussen können. In der Praxis reicht es jedoch normalerweise aus, nur die Wirkung der GDD zu untersuchen. GDD ist ein frequenzabhängiger Wert, der linear proportional zur Dicke eines bestimmten Materials ist. Transmissionsoptik wie Objektiv, Fenster und objektive Komponenten haben typischerweise positive GDD -Werte, was darauf hinweistLasersysteme. Komponenten mit niedrigeren Frequenzen (dh längere Wellenlängen) verbreiten sich schneller aus als Komponenten mit höheren Frequenzen (dh kürzere Wellenlängen). Wenn der Puls immer mehr Materie durchläuft, wird sich die Wellenlänge im Puls weiterhin rechtzeitig weiter erstrecken. Bei kürzeren Impulsdauern und damit breiteren Bandbreiten ist dieser Effekt weiter übertrieben und kann zu einer signifikanten Verzerrung der Pulszeit führen.

Ultraast Laseranwendungen
Spektroskopie
Seit dem Aufkommen ultraschneller Laserquellen war die Spektroskopie einer ihrer Hauptanwendungsbereiche. Durch die Reduzierung der Impulsdauer auf Femtosekunden oder sogar Attosekunden können dynamische Prozesse in Physik, Chemie und Biologie, die historisch unmöglich zu beobachten waren, jetzt erreicht werden. Eines der Schlüsselprozesse ist die Atombewegung, und die Beobachtung der Atombewegung hat das wissenschaftliche Verständnis grundlegender Prozesse wie molekulare Schwingung, molekulare Dissoziation und Energieübertragung in photosynthetischen Proteinen verbessert.

Bioimaging
Peak-Power-Ultrafastlaser unterstützen nichtlineare Prozesse und verbessern die Auflösung für die biologische Bildgebung, wie z. B. Multi-Photonen-Mikroskopie. In einem Multi-Photonen-System, um ein nichtlineares Signal aus einem biologischen Medium oder fluoreszierenden Ziel zu erzeugen, müssen sich zwei Photonen in Raum und Zeit überlappen. Dieser nichtlineare Mechanismus verbessert die Bildgebungsauflösung, indem die Hintergrundfluoreszenzsignale signifikant reduziert werden, die Untersuchungen von Einzelphotonenprozessen plagen. Der vereinfachte Signalhintergrund wird dargestellt. Der kleinere Anregungsbereich des Multiphotonenmikroskops verhindert auch die Phototoxizität und minimiert die Beschädigung der Probe.

Abbildung 1: Ein Beispieldiagramm eines Strahlwegs in einem Multi-Photonen-Mikroskopexperiment

Lasermaterialverarbeitung
Ultraaste Laserquellen haben auch Lasermikromachining und Materialverarbeitung revolutioniert, da ultrasortische Impulse mit Materialien interagieren. Wie bereits erwähnt, ist die ultraschnelle Impulsdauer bei der Diskussion von LDT schneller als die Zeitskala der Wärmediffusion in das Gitter des Materials. Ultraaste Laser produzieren eine viel kleinere Wärmezone alsNanosekunden pulsierte Laser, was zu niedrigeren Inzisionsverlusten und genaueren Bearbeitung führt. Dieses Prinzip gilt auch für medizinische Anwendungen, bei denen die erhöhte Präzision des ultrafart-Laser-Schneidens dazu beiträgt, die Schäden am umgebenden Gewebe zu verringern und die Patientenerfahrung während der Laserchirurgie zu verbessern.

Attosekundenimpulse: Die Zukunft von ultraschnellen Lasern
Während die Forschung weiterhin ultraschnelle Laser voranbringt, werden neue und verbesserte Lichtquellen mit kürzeren Impulsdauer entwickelt. Um einen Einblick in schnellere physikalische Prozesse zu erhalten, konzentrieren sich viele Forscher auf die Erzeugung von Attosekundenimpulsen-etwa 10 bis 18 s im extremen ultravioletten Wellenlängenbereich. Attosekundenimpulse ermöglichen die Verfolgung der Elektronenbewegung und verbessern unser Verständnis der elektronischen Struktur und der Quantenmechanik. Während die Integration von XUV -Attosekunden -Lasern in industrielle Prozesse noch nicht erhebliche Fortschritte erzielen muss, werden die laufenden Forschungen und Fortschritte auf diesem Gebiet diese Technologie mit ziemlicher Sicherheit aus dem Labor und in die Fertigung bringenLaserquellen.