Unicolaser ultravelidoParte seconda
Dispirazione e diffusione di impulsi: dispersione di ritardo di gruppo
Una delle sfide tecniche più difficili riscontrate quando si utilizza i laser ultravelici è mantenere la durata degli impulsi ultra-short inizialmente emessi dallaser. Gli impulsi ultrafast sono molto sensibili alla distorsione del tempo, il che rende gli impulsi più lunghi. Questo effetto peggiora poiché la durata dell'impulso iniziale accorcia. Mentre i laser ultrafast possono emettere impulsi con una durata di 50 secondi, possono essere amplificati nel tempo usando specchi e lenti per trasmettere l'impulso alla posizione target o anche semplicemente trasmettere l'impulso attraverso l'aria.
Questa distorsione di tempo viene quantificata usando una misura chiamata dispersione ritardata di gruppo (GDD), nota anche come dispersione del secondo ordine. In effetti, ci sono anche termini di dispersione di ordine superiore che possono influire sulla distribuzione del tempo degli impulsi ultrafart-laser, ma in pratica, di solito è sufficiente solo esaminare l'effetto del GDD. Il GDD è un valore dipendente dalla frequenza che è linearmente proporzionale allo spessore di un determinato materiale. L'ottica della trasmissione come obiettivo, finestra e componenti oggettivi ha in genere valori GDD positivi, il che indica che una volta che gli impulsi compressi possono dare all'ottica della trasmissione una durata dell'impulso più lunga di quelle emesse dasistemi laser. I componenti con frequenze più basse (cioè lunghezze d'onda più lunghe) si propagano più velocemente dei componenti con frequenze più alte (cioè lunghezze d'onda più brevi). Man mano che l'impulso attraversa sempre più materia, la lunghezza d'onda nell'impulso continuerà ad estendersi sempre più nel tempo. Per durate di impulsi più brevi e quindi larghezza di banda più ampie, questo effetto è ulteriormente esagerato e può provocare una significativa distorsione del tempo di impulso.
Applicazioni laser ultravellanti
spettroscopia
Dall'avvento delle fonti laser ultraveloce, la spettroscopia è stata una delle loro principali aree di applicazione. Riducendo la durata dell'impulso a femtosecondi o persino attosecondi, è possibile ottenere processi dinamici in fisica, chimica e biologia che erano storicamente impossibili da osservare. Uno dei processi chiave è il movimento atomico e l'osservazione del movimento atomico ha migliorato la comprensione scientifica di processi fondamentali come vibrazioni molecolari, dissociazione molecolare e trasferimento di energia nelle proteine fotosintetiche.
bioimaging
I laser ultravelici di picco supportano i processi non lineari e migliorano la risoluzione per l'imaging biologico, come la microscopia multi-fotone. In un sistema multi-fotone, al fine di generare un segnale non lineare da un mezzo biologico o bersaglio fluorescente, due fotoni devono sovrapporsi nello spazio e nel tempo. Questo meccanismo non lineare migliora la risoluzione dell'imaging riducendo significativamente segnali di fluorescenza di fondo che affliggono gli studi sui processi a singolo fotone. È illustrato lo sfondo del segnale semplificato. La regione di eccitazione più piccola del microscopio multifotone impedisce anche la fototossicità e minimizza i danni al campione.
Figura 1: un diagramma di esempio di un percorso del raggio in un esperimento di microscopio multi-fotone
Elaborazione del materiale laser
Le fonti laser ultravelute hanno anche rivoluzionato la micromachining laser e l'elaborazione dei materiali a causa del modo unico che gli impulsi di UltraShort interagiscono con i materiali. Come accennato in precedenza, quando si discute di LDT, la durata dell'impulso ultraveloce è più veloce della scala temporale della diffusione del calore nel reticolo del materiale. I laser ultravefast producono una zona molto più piccola colpita da calore rispetto aLaser pulsati nanosecondi, con conseguente minore perdite di incisione e lavorazione più precisa. Questo principio è applicabile anche alle applicazioni mediche, in cui la maggiore precisione del taglio ultrafart-laser aiuta a ridurre i danni ai tessuti circostanti e migliora l'esperienza del paziente durante la chirurgia laser.
Attosecondi Attosecondi: il futuro dei laser ultrafast
Man mano che la ricerca continua a far avanzare i laser ultrafast, vengono sviluppate nuove e migliorate fonti di luce con durate di impulsi più brevi. Per ottenere informazioni su processi fisici più rapidi, molti ricercatori si stanno concentrando sulla generazione di impulsi di Attosecondi-circa 10-18 s nella gamma di lunghezze d'onda ultraviolette (XUV) estrema. Gli impulsi di attosecondi consentono il monitoraggio del movimento elettronico e migliorano la nostra comprensione della struttura elettronica e della meccanica quantistica. Mentre l'integrazione dei laser XUV ATTOSECOND nei processi industriali non ha ancora fatto progressi significativi, la ricerca e i progressi in corso sul campo spingeranno quasi sicuramente questa tecnologia fuori dal laboratorio e nella produzione, come è stato il caso di Femtosecond e Picosecondfonti laser.
Post Time: giugno-25-2024