لیزر Ultrafast منحصر به فرد قسمت دوم

بی نظیرلیزر فوق العادهقسمت دوم

پراکندگی و گسترش پالس: پراکندگی تاخیر گروه
یکی از دشوارترین چالش های فنی که هنگام استفاده از لیزرهای ultrafast با آن روبرو می شود ، حفظ مدت زمان پالس های فوق العاده کوتاه است که در ابتدا توسطلیزربشر پالس های Ultrafast بسیار مستعد تحریف زمان هستند و این باعث می شود پالس ها طولانی تر شوند. این اثر با مدت زمان کوتاه شدن پالس اولیه بدتر می شود. در حالی که لیزرهای Ultrafast می توانند پالس هایی را با مدت زمان 50 ثانیه ساطع کنند ، می توان آنها را با استفاده از آینه ها و لنزها برای انتقال پالس به محل مورد نظر تقویت کرد ، یا حتی فقط پالس را از طریق هوا منتقل کرد.

این اعوجاج زمان با استفاده از اقدامی به نام پراکندگی تاخیر گروهی (GDD) ، که به عنوان پراکندگی مرتبه دوم نیز شناخته می شود ، اندازه گیری می شود. در حقیقت ، شرایط پراکندگی با مرتبه بالاتر نیز وجود دارد که ممکن است بر توزیع زمان پالس های لیزر اولترافارت تأثیر بگذارد ، اما در عمل ، معمولاً فقط برای بررسی تأثیر GDD کافی است. GDD یک مقدار وابسته به فرکانس است که به طور خطی متناسب با ضخامت یک ماده معین است. اپتیک های انتقال مانند لنز ، پنجره و اجزای عینی به طور معمول مقادیر GDD مثبت دارند ، که نشان می دهد که یک بار پالس های فشرده شده می توانند به نوری انتقال مدت زمان پالس طولانی تر از آنچه ساطع می شوندسیستم لیزریبشر مؤلفه هایی با فرکانس های پایین تر (یعنی طول موج طولانی تر) سریعتر از اجزای دارای فرکانس های بالاتر (به عنوان مثال ، طول موج کوتاه تر) پخش می شوند. با عبور از پالس بیشتر و بیشتر ، طول موج در پالس همچنان به موقع و بیشتر ادامه خواهد یافت. برای مدت زمان پالس کوتاه تر ، و بنابراین پهنای باند گسترده تر ، این اثر اغراق آمیز است و می تواند منجر به تحریف زمان پالس قابل توجهی شود.

برنامه های لیزر Ultrafast
طیف سنجی
از زمان ظهور منابع لیزر Ultrafast ، طیف سنجی یکی از مناطق اصلی کاربرد آنها بوده است. با کاهش مدت زمان پالس به femtoseconds یا حتی Attoseconds ، فرآیندهای پویا در فیزیک ، شیمی و زیست شناسی که از نظر تاریخی مشاهده نشده است ، اکنون می توان به دست آورد. یکی از فرآیندهای مهم حرکت اتمی است و مشاهده حرکت اتمی باعث بهبود درک علمی فرآیندهای اساسی مانند لرزش مولکولی ، تفکیک مولکولی و انتقال انرژی در پروتئین های فتوسنتزی شده است.

تصویربرداری
لیزرهای Ultrafast Peak-Power از فرآیندهای غیرخطی پشتیبانی می کنند و وضوح تصویربرداری بیولوژیکی مانند میکروسکوپ چند فوتونی را بهبود می بخشند. در یک سیستم چند فوتونی ، به منظور تولید سیگنال غیرخطی از یک محیط بیولوژیکی یا هدف فلورسنت ، دو فوتون باید در فضا و زمان همپوشانی داشته باشند. این مکانیسم غیرخطی با کاهش قابل توجهی سیگنال های فلورسانس پس زمینه که مطالعات طاعون فرآیندهای تک فوتون را کاهش می دهد ، وضوح تصویربرداری را بهبود می بخشد. پس زمینه سیگنال ساده نشان داده شده است. منطقه تحریک کوچکتر از میکروسکوپ چندتایی نیز از عکسبرداری جلوگیری می کند و آسیب به نمونه را به حداقل می رساند.

شکل 1: یک نمودار مثال از یک مسیر پرتو در یک آزمایش میکروسکوپ چند فوتونی

پردازش مواد لیزر
منابع لیزر Ultrafast همچنین به دلیل روشی منحصر به فرد که پالس های اولتراشورت با مواد در تعامل هستند ، میکروماژین سازی لیزر و پردازش مواد را متحول کرده اند. همانطور که قبلاً ذکر شد ، هنگام بحث در مورد LDT ، مدت زمان پالس Ultrafast سریعتر از مقیاس زمانی انتشار گرما در شبکه مواد است. لیزرهای Ultrafast منطقه ای بسیار تحت تأثیر گرما را از آن تولید می کنندلیزرهای پالس نانو ثانیه، در نتیجه باعث ضرر برش کمتر و ماشینکاری دقیق تر می شود. این اصل همچنین در مورد کاربردهای پزشکی کاربرد دارد ، جایی که افزایش دقت برش لیزر اولترافارت به کاهش آسیب به بافت اطراف کمک می کند و تجربه بیمار را در حین جراحی لیزر بهبود می بخشد.

پالس های Attosecond: آینده لیزرهای Ultrafast
از آنجا که تحقیقات به پیشرفت لیزرهای Ultrafast ادامه می یابد ، منابع نوری جدید و بهبود یافته با مدت زمان پالس کوتاه تر توسعه می یابد. برای به دست آوردن بینش در مورد فرآیندهای فیزیکی سریعتر ، بسیاری از محققان روی تولید پالس های آتوس ثانیه تمرکز می کنند-حدود 10-18 ثانیه در محدوده طول موج ماوراء بنفش شدید (XUV). پالس های Attosecond امکان ردیابی حرکت الکترون را فراهم می کنند و درک ما از ساختار الکترونیکی و مکانیک کوانتومی را بهبود می بخشند. در حالی که ادغام لیزرهای Attosecond XUV در فرآیندهای صنعتی هنوز پیشرفت چشمگیری نداشته است ، تحقیقات و پیشرفت های مداوم در این زمینه تقریباً مطمئناً این فناوری را از آزمایشگاه و به سمت تولید خارج می کند ، همانطور که در مورد femtosecond و picosecond نیز وجود دارد.منابع لیزری.