Úniclàser ultraràpidsegona part
Dispersió i dispersió d'impulsos: dispersió de retard de grup
Un dels reptes tècnics més difícils que es troben en utilitzar làsers ultraràpids és mantenir la durada dels polsos ultracurts emesos inicialment pellàserEls polsos ultraràpids són molt susceptibles a la distorsió temporal, cosa que fa que siguin més llargs. Aquest efecte empitjora a mesura que la durada del pols inicial s'escurça. Tot i que els làsers ultraràpids poden emetre polsos amb una durada de 50 segons, es poden amplificar en el temps mitjançant miralls i lents per transmetre el pols a la ubicació objectiu, o fins i tot simplement transmetre el pols a través de l'aire.
Aquesta distorsió temporal es quantifica mitjançant una mesura anomenada dispersió retardada de grup (GDD), també coneguda com a dispersió de segon ordre. De fet, també hi ha termes de dispersió d'ordre superior que poden afectar la distribució temporal dels polsos làser ultraràpids, però a la pràctica, normalment és suficient examinar l'efecte de la GDD. La GDD és un valor dependent de la freqüència que és linealment proporcional al gruix d'un material determinat. Les òptiques de transmissió, com ara els components de la lent, la finestra i l'objectiu, solen tenir valors de GDD positius, cosa que indica que els polsos un cop comprimits poden donar a l'òptica de transmissió una durada del pols més llarga que els emesos persistemes làserEls components amb freqüències més baixes (és a dir, longituds d'ona més llargues) es propaguen més ràpidament que els components amb freqüències més altes (és a dir, longituds d'ona més curtes). A mesura que el pols passa a través de més i més matèria, la longitud d'ona del pols continuarà estenent-se cada cop més en el temps. Per a durades de pols més curtes i, per tant, amplades de banda més àmplies, aquest efecte s'exagera encara més i pot provocar una distorsió significativa del temps de pols.
Aplicacions làser ultraràpides
espectroscòpia
Des de l'aparició de les fonts làser ultraràpides, l'espectroscòpia ha estat una de les seves principals àrees d'aplicació. En reduir la durada del pols a femtosegons o fins i tot attosegons, ara es poden aconseguir processos dinàmics en física, química i biologia que històricament eren impossibles d'observar. Un dels processos clau és el moviment atòmic, i l'observació del moviment atòmic ha millorat la comprensió científica de processos fonamentals com la vibració molecular, la dissociació molecular i la transferència d'energia en proteïnes fotosintètiques.
bioimatge
Els làsers ultraràpids de màxima potència admeten processos no lineals i milloren la resolució per a imatges biològiques, com ara la microscòpia multifotònica. En un sistema multifotònic, per generar un senyal no lineal a partir d'un medi biològic o una diana fluorescent, dos fotons s'han de superposar en l'espai i el temps. Aquest mecanisme no lineal millora la resolució de les imatges reduint significativament els senyals de fluorescència de fons que afecten els estudis de processos d'un sol fotó. S'il·lustra el fons del senyal simplificat. La regió d'excitació més petita del microscopi multifotònic també prevé la fototoxicitat i minimitza els danys a la mostra.
Figura 1: Un diagrama d'exemple d'una trajectòria de feix en un experiment de microscopi multifotònic
Processament de materials amb làser
Les fonts làser ultraràpides també han revolucionat el micromecanitzat làser i el processament de materials a causa de la manera única en què els polsos ultracurts interactuen amb els materials. Com s'ha esmentat anteriorment, quan es parla de LDT, la durada del pols ultraràpid és més ràpida que l'escala de temps de difusió de calor a la xarxa del material. Els làsers ultraràpids produeixen una zona afectada per la calor molt més petita quelàsers pulsats de nanosegons, cosa que resulta en pèrdues per incisió més baixes i un mecanitzat més precís. Aquest principi també és aplicable a aplicacions mèdiques, on la major precisió del tall amb làser ultraràpid ajuda a reduir el dany al teixit circumdant i millora l'experiència del pacient durant la cirurgia làser.
Polsos d'attosegons: el futur dels làsers ultraràpids
A mesura que la recerca continua fent avançar els làsers ultraràpids, es desenvolupen fonts de llum noves i millorades amb durades d'impuls més curtes. Per obtenir informació sobre processos físics més ràpids, molts investigadors se centren en la generació d'impulsos d'attosegons, d'uns 10-18 s en el rang de longitud d'ona ultraviolada extrema (XUV). Els impulsos d'attosegons permeten el seguiment del moviment dels electrons i milloren la nostra comprensió de l'estructura electrònica i la mecànica quàntica. Si bé la integració dels làsers d'attosegons XUV en els processos industrials encara no ha fet progressos significatius, la recerca i els avenços en curs en el camp gairebé segur que impulsaran aquesta tecnologia fora del laboratori i a la fabricació, com ha estat el cas amb els femtosegons i els picosegons.fonts làser.
Data de publicació: 25 de juny de 2024