لیزر فوق سریع منحصر به فرد قسمت دوم

منحصر به فردلیزر فوق سریعقسمت دوم

پراکندگی و پخش پالس: پراکندگی تاخیری گروهی
یکی از سخت‌ترین چالش‌های فنی که هنگام استفاده از لیزرهای فوق سریع با آن مواجه می‌شویم، حفظ مدت زمان پالس‌های فوق‌کوتاهی است که در ابتدا توسط لیزر ساطع می‌شوند.لیزر. پالس های فوق سریع بسیار مستعد اعوجاج زمانی هستند که باعث طولانی تر شدن پالس ها می شود. این اثر با کوتاه شدن مدت زمان نبض اولیه بدتر می شود. در حالی که لیزرهای فوق سریع می توانند پالس هایی با مدت زمان 50 ثانیه ساطع کنند، اما می توان آنها را با استفاده از آینه ها و عدسی ها در زمان تقویت کرد تا پالس را به محل مورد نظر منتقل کند یا حتی فقط پالس را از طریق هوا منتقل کند.

این اعوجاج زمانی با استفاده از معیاری به نام پراکندگی تاخیری گروهی (GDD) که به عنوان پراکندگی مرتبه دوم نیز شناخته می‌شود، اندازه‌گیری می‌شود. در واقع، اصطلاحات پراکندگی مرتبه بالاتری نیز وجود دارد که ممکن است بر توزیع زمانی پالس‌های لیزر فرافارت تأثیر بگذارد، اما در عمل، معمولاً فقط برای بررسی تأثیر GDD کافی است. GDD یک مقدار وابسته به فرکانس است که به طور خطی با ضخامت یک ماده معین متناسب است. اپتیک‌های انتقال مانند لنز، پنجره و اجزای شیئی معمولاً دارای مقادیر GDD مثبت هستند، که نشان می‌دهد هنگامی که پالس‌های فشرده شده می‌توانند مدت زمان پالس بیشتری را نسبت به پالس‌های ساطع شده به اپتیک انتقال دهند.سیستم های لیزری. اجزای با فرکانس های پایین تر (یعنی طول موج های بلندتر) سریعتر از اجزای با فرکانس های بالاتر (یعنی طول موج های کوتاه تر) منتشر می شوند. همانطور که پالس از ماده بیشتر و بیشتری عبور می کند، طول موج در پالس به مرور زمان بیشتر و بیشتر می شود. برای مدت زمان پالس کوتاه‌تر و در نتیجه پهنای باند وسیع‌تر، این اثر بیشتر اغراق‌آمیز است و می‌تواند منجر به اعوجاج قابل توجهی در زمان پالس شود.

کاربردهای لیزر فوق سریع
طیف سنجی
از زمان ظهور منابع لیزر فوق سریع، طیف سنجی یکی از حوزه های اصلی کاربرد آنها بوده است. با کاهش مدت زمان پالس به فمتوثانیه یا حتی آتوثانیه، اکنون می توان به فرآیندهای پویا در فیزیک، شیمی و زیست شناسی دست یافت که از لحاظ تاریخی مشاهده آنها غیرممکن بود. یکی از فرآیندهای کلیدی حرکت اتمی است و مشاهده حرکت اتمی درک علمی 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 می کنند و وضوح تصویربرداری بیولوژیکی مانند میکروسکوپ چند فوتونی را بهبود می بخشند. در یک سیستم چند فوتونی، برای تولید یک سیگنال غیرخطی از یک محیط بیولوژیکی یا هدف فلورسنت، دو فوتون باید در فضا و زمان همپوشانی داشته باشند. این مکانیسم غیرخطی وضوح تصویربرداری را با کاهش قابل توجه سیگنال‌های فلورسانس پس‌زمینه که مطالعات فرآیندهای تک فوتون را آزار می‌دهند، بهبود می‌بخشد. پس زمینه سیگنال ساده شده نشان داده شده است. ناحیه تحریک کوچکتر میکروسکوپ چند فوتونی نیز از سمیت نوری جلوگیری می کند و آسیب به نمونه را به حداقل می رساند.

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

پردازش مواد لیزری
منابع لیزر فوق سریع همچنین به دلیل روش منحصر به فرد پالس های فوق کوتاه با مواد، ریزماشینکاری لیزری و پردازش مواد را متحول کرده اند. همانطور که قبلا ذکر شد، هنگام بحث در مورد LDT، مدت زمان پالس فوق سریع سریعتر از مقیاس زمانی انتشار گرما در شبکه مواد است. لیزرهای فوق سریع ناحیه تحت تاثیر حرارت بسیار کوچکتر از آن تولید می کنندلیزرهای پالسی نانوثانیه، منجر به تلفات برش کمتر و ماشینکاری دقیق تر می شود. این اصل برای کاربردهای پزشکی نیز کاربرد دارد، جایی که افزایش دقت برش لیزر فرافارت به کاهش آسیب به بافت اطراف کمک می‌کند و تجربه بیمار را در طول جراحی لیزر بهبود می‌بخشد.

پالس های آتوثانیه: آینده لیزرهای فوق سریع
با ادامه تحقیقات برای پیشرفت لیزرهای فوق سریع، منابع نوری جدید و بهبود یافته با مدت زمان پالس کوتاه‌تر در حال توسعه هستند. برای به دست آوردن بینشی در مورد فرآیندهای فیزیکی سریع‌تر، بسیاری از محققان بر تولید پالس‌های آتوثانیه - حدود 10 تا 18 ثانیه در محدوده طول موج فرابنفش شدید (XUV) تمرکز می‌کنند. پالس‌های آتوثانیه امکان ردیابی حرکت الکترون را می‌دهند و درک ما از ساختار الکترونیکی و مکانیک کوانتومی را بهبود می‌بخشند. در حالی که ادغام لیزرهای آتوثانیه XUV در فرآیندهای صنعتی هنوز پیشرفت قابل توجهی نداشته است، تحقیقات و پیشرفت های مداوم در این زمینه تقریباً به طور قطع این فناوری را از آزمایشگاه خارج کرده و به سمت تولید سوق خواهد داد، همانطور که در مورد فمتوثانیه و پیکو ثانیه اتفاق افتاده است.منابع لیزری.