منحصر به فردلیزر فوق سریعبخش دوم
پراکندگی و پخش پالس: پراکندگی تأخیر گروهی
یکی از دشوارترین چالش‌های فنی که هنگام استفاده از لیزرهای فوق سریع با آن مواجه می‌شویم، حفظ مدت زمان پالس‌های فوق کوتاهی است که در ابتدا توسط ... ساطع می‌شوند.لیزرپالس‌های فوق سریع بسیار مستعد اعوجاج زمانی هستند که باعث طولانی‌تر شدن پالس‌ها می‌شود. این اثر با کوتاه شدن مدت زمان پالس اولیه بدتر می‌شود. در حالی که لیزرهای فوق سریع می‌توانند پالس‌هایی با مدت زمان ۵۰ ثانیه منتشر کنند، می‌توان آنها را با استفاده از آینه‌ها و لنزها برای انتقال پالس به محل هدف، در زمان تقویت کرد، یا حتی پالس را از طریق هوا منتقل کرد.
این اعوجاج زمانی با استفاده از معیاری به نام پراکندگی تأخیری گروهی (GDD) که به عنوان پراکندگی مرتبه دوم نیز شناخته می‌شود، اندازه‌گیری می‌شود. در واقع، عبارات پراکندگی مرتبه بالاتر نیز وجود دارند که ممکن است بر توزیع زمانی پالس‌های لیزر فوق‌فرار تأثیر بگذارند، اما در عمل، معمولاً فقط بررسی اثر GDD کافی است. GDD یک مقدار وابسته به فرکانس است که به صورت خطی متناسب با ضخامت یک ماده معین است. اپتیک عبوری مانند لنز، پنجره و اجزای شیئی معمولاً دارای مقادیر GDD مثبت هستند، که نشان می‌دهد پالس‌های فشرده شده می‌توانند مدت زمان پالس طولانی‌تری نسبت به پالس‌های ساطع شده توسط ... به اپتیک عبوری بدهند.سیستم‌های لیزریاجزایی با فرکانس‌های پایین‌تر (یعنی طول موج‌های بلندتر) سریع‌تر از اجزایی با فرکانس‌های بالاتر (یعنی طول موج‌های کوتاه‌تر) منتشر می‌شوند. با عبور پالس از ماده‌ی بیشتر و بیشتر، طول موج پالس در طول زمان بیشتر و بیشتر گسترش می‌یابد. برای مدت زمان پالس کوتاه‌تر و در نتیجه پهنای باند وسیع‌تر، این اثر بیشتر تشدید می‌شود و می‌تواند منجر به اعوجاج قابل توجه زمان پالس شود.
کاربردهای لیزر فوق سریع
طیف‌سنجی
از زمان ظهور منابع لیزری فوق سریع، طیف‌سنجی یکی از زمینه‌های اصلی کاربرد آنها بوده است. با کاهش مدت زمان پالس به فمتوثانیه یا حتی اتوثانیه، اکنون می‌توان به فرآیندهای دینامیکی در فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی که از نظر تاریخی مشاهده آنها غیرممکن بود، دست یافت. یکی از فرآیندهای کلیدی، حرکت اتمی است و مشاهده حرکت اتمی، درک علمی از فرآیندهای اساسی مانند ارتعاش مولکولی، تفکیک مولکولی و انتقال انرژی در پروتئین‌های فتوسنتزی را بهبود بخشیده است.
تصویربرداری زیستی
لیزرهای فوق سریع با حداکثر توان، از فرآیندهای غیرخطی پشتیبانی می‌کنند و وضوح تصویربرداری بیولوژیکی، مانند میکروسکوپی چند فوتونی، را بهبود می‌بخشند. در یک سیستم چند فوتونی، برای 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 توجه سیگنال‌های فلورسانس پس‌زمینه که مطالعات فرآیندهای تک فوتونی را مختل می‌کنند، وضوح تصویربرداری را بهبود می‌بخشد. پس‌زمینه سیگنال ساده شده نشان داده شده است. ناحیه تحریک کوچکتر میکروسکوپ چند فوتونی همچنین از سمیت نوری جلوگیری می‌کند و آسیب به نمونه را به حداقل می‌رساند.
شکل ۱: نمودار نمونه‌ای از مسیر پرتو در یک آزمایش میکروسکوپ چند فوتونی
پردازش مواد با لیزر
منابع لیزر فوق سریع همچنین به دلیل روش منحصر به فرد برهمکنش پالس‌های فوق کوتاه با مواد، میکروماشین‌کاری لیزری و پردازش مواد را متحول کرده‌اند. همانطور که قبلاً ذکر شد، هنگام بحث در مورد LDT، مدت زمان پالس فوق سریع سریع‌تر از مقیاس زمانی انتشار گرما در شبکه ماده است. لیزرهای فوق سریع منطقه تحت تأثیر گرما بسیار کوچکتری نسبت به ... تولید می‌کنند.لیزرهای پالسی نانوثانیه، که منجر به کاهش تلفات برش و ماشینکاری دقیق‌تر می‌شود. این اصل همچنین در کاربردهای پزشکی قابل اجرا است، جایی که افزایش دقت برش لیزر اولترافار به کاهش آسیب به بافت اطراف کمک می‌کند و تجربه بیمار را در طول جراحی لیزر بهبود می‌بخشد.
پالس‌های آتوثانیه: آینده لیزرهای فوق سریع
همچنان که تحقیقات برای پیشرفت لیزرهای فوق سریع ادامه دارد، منابع نوری جدید و بهبود یافته با مدت زمان پالس کوتاه‌تر در حال توسعه هستند. برای دستیابی به بینش در مورد فرآیندهای فیزیکی سریع‌تر، بسیاری از محققان بر تولید پالس‌های اتوثانیه - حدود 10 تا 18 ثانیه در محدوده طول موج فرابنفش شدید (XUV) - تمرکز می‌کنند. پالس‌های اتوثانیه امکان ردیابی حرکت الکترون را فراهم می‌کنند و درک ما را از ساختار الکترونیکی و مکانیک کوانتومی بهبود می‌بخشند. در حالی که ادغام لیزرهای اتوثانیه XUV در فرآیندهای صنعتی هنوز پیشرفت قابل توجهی نداشته است، تحقیقات و پیشرفت‌های مداوم در این زمینه تقریباً مطمئناً این فناوری را از آزمایشگاه خارج کرده و به تولید می‌رساند، همانطور که در مورد فمتوثانیه و پیکوثانیه نیز چنین بوده است.منابع لیزر.
زمان ارسال: ۲۵ ژوئن ۲۰۲۴