Úniclàser ultraràpidsegona part
Dispersió i propagació del pols: dispersió de retard de grup
Un dels reptes tècnics més difícils que es troben quan s'utilitzen làsers ultraràpids és mantenir la durada dels polsos ultra curts emesos inicialment pellàser. Els polsos ultra ràpids són molt susceptibles a la distorsió del temps, cosa que fa que els polsos siguin més llargs. Aquest efecte empitjora a mesura que s'escurça la durada del pols inicial. Tot i que els làsers ultra ràpids poden emetre polsos amb una durada de 50 segons, es poden amplificar en el temps utilitzant miralls i lents per transmetre el pols a la ubicació objectiu, o fins i tot 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 ultrafart, però a la pràctica, sol ser suficient només per examinar l'efecte del GDD. GDD és un valor dependent de la freqüència que és linealment proporcional al gruix d'un material determinat. L'òptica de transmissió, com ara la lent, la finestra i els components objectius, solen tenir valors positius de GDD, cosa que indica que els polsos un cop comprimits poden donar a l'òptica de transmissió una durada de pols més llarga que les emeses persistemes làser. Els 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 travessa 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 amples, aquest efecte s'exagera encara més i pot provocar una distorsió significativa del temps de pols.
Aplicacions làser ultra ràpides
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 ultraràpides de potència màxima admeten processos no lineals i milloren la resolució de la imatge biològica, com ara la microscòpia multifotònica. En un sistema multifotó, per generar un senyal no lineal a partir d'un medi biològic o objectiu fluorescent, dos fotons s'han de solapar en l'espai i el temps. Aquest mecanisme no lineal millora la resolució de la imatge 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 multifotó també prevé la fototoxicitat i minimitza el dany a la mostra.
Figura 1: Un diagrama d'exemple d'una trajectòria del feix en un experiment de microscopi multifotòn
Processament de materials per làser
Les fonts làser ultra ràpides 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 ultra ràpid és més ràpida que l'escala de temps de difusió de calor a la xarxa del material. Els làsers ultra ràpids produeixen una zona afectada per la calor molt més petita quelàser polsat de nanosegons, el que resulta en pèrdues d'incisions més baixes i un mecanitzat més precís. Aquest principi també és aplicable a aplicacions mèdiques, on l'augment de la precisió del tall amb làser ultrafart ajuda a reduir el dany al teixit circumdant i millora l'experiència del pacient durant la cirurgia làser.
Polsos d'atosegons: el futur dels làsers ultraràpids
A mesura que la investigació continua avançant en làsers ultraràpids, s'estan desenvolupant fonts de llum noves i millorades amb durades de pols més curtes. Per conèixer els processos físics més ràpids, molts investigadors s'estan centrant en la generació de polsos d'atosegons, uns 10-18 s en el rang de longitud d'ona ultraviolada extrema (XUV). Els polsos d'atosegons permeten el seguiment del moviment d'electrons i milloren la nostra comprensió de l'estructura electrònica i la mecànica quàntica. Tot i que la integració dels làsers d'atosegon XUV en els processos industrials encara ha de fer un progrés significatiu, la investigació i els avenços en el camp gairebé segur que faran fora aquesta tecnologia del laboratori i la fabricaran, com ha estat el cas del femtosegon i el picosegundo.fonts làser.
Hora de publicació: 25-juny-2024