Láser ultrarrápido único, segunda parte

Únicoláser ultrarrápidosegunda parte

Dispersión e propagación de pulsos: dispersión de retardo de grupo
Un dos desafíos técnicos máis difíciles que se atopan ao usar láseres ultrarrápidos é manter a duración dos pulsos ultracurtos emitidos inicialmente pololáserOs pulsos ultrarrápidos son moi susceptibles á distorsión temporal, o que fai que sexan máis longos. Este efecto empeora a medida que a duración do pulso inicial se acurta. Aínda que os láseres ultrarrápidos poden emitir pulsos cunha duración de 50 segundos, pódense amplificar no tempo mediante o uso de espellos e lentes para transmitir o pulso á localización obxectivo, ou mesmo simplemente transmitir o pulso a través do aire.

Esta distorsión temporal cuantíficase mediante unha medida chamada dispersión con retardo de grupo (GDD), tamén coñecida como dispersión de segunda orde. De feito, tamén existen termos de dispersión de orde superior que poden afectar á distribución temporal dos pulsos de láser ultravioleta, pero na práctica, normalmente abonda con examinar o efecto da GDD. A GDD é un valor dependente da frecuencia que é linealmente proporcional ao grosor dun material determinado. As ópticas de transmisión, como os compoñentes de lente, xanela e obxectivo, adoitan ter valores de GDD positivos, o que indica que, unha vez comprimidos, os pulsos poden dar ás ópticas de transmisión unha duración de pulso maior que as emitidas porsistemas láserOs compoñentes con frecuencias máis baixas (é dicir, lonxitudes de onda máis longas) propáganse máis rápido que os compoñentes con frecuencias máis altas (é dicir, lonxitudes de onda máis curtas). A medida que o pulso atravesa máis e máis materia, a lonxitude de onda do pulso continuará a estenderse cada vez máis no tempo. Para duracións de pulso máis curtas e, polo tanto, anchos de banda máis amplos, este efecto é aínda máis esaxerado e pode provocar unha distorsión significativa do tempo de pulso.

Aplicacións láser ultrarrápidas
espectroscopia
Desde a chegada das fontes láser ultrarrápidas, a espectroscopia foi unha das súas principais áreas de aplicación. Ao reducir a duración do pulso a femtosegundos ou mesmo attosegundos, agora pódense conseguir procesos dinámicos en física, química e bioloxía que historicamente eran imposibles de observar. Un dos procesos clave é o movemento atómico, e a observación do movemento atómico mellorou a comprensión científica de procesos fundamentais como a vibración molecular, a disociación molecular e a transferencia de enerxía nas proteínas fotosintéticas.

bioimaxes
Os láseres ultrarrápidos de potencia máxima admiten procesos non lineais e melloran a resolución para a imaxe biolóxica, como a microscopía multifotónica. Nun sistema multifotónico, para xerar un sinal non lineal a partir dun medio biolóxico ou dun obxectivo fluorescente, dous fotóns deben solaparse no espazo e no tempo. Este mecanismo non lineal mellora a resolución da imaxe ao reducir significativamente os sinais de fluorescencia de fondo que afectan os estudos de procesos dun só fotón. Ilústrase o fondo de sinal simplificado. A rexión de excitación máis pequena do microscopio multifotónico tamén prevén a fototoxicidade e minimiza os danos na mostra.

Figura 1: Diagrama de exemplo dunha traxectoria de feixe nun experimento de microscopio multifotónico

Procesamento de materiais con láser
As fontes láser ultrarrápidas tamén revolucionaron o micromecanizado láser e o procesamento de materiais debido á forma única en que os pulsos ultracurtos interactúan cos materiais. Como se mencionou anteriormente, ao falar da LDT, a duración do pulso ultrarrápido é máis rápida que a escala de tempo de difusión da calor na rede do material. Os láseres ultrarrápidos producen unha zona afectada pola calor moito máis pequena queláseres pulsados ​​de nanosegundos, o que resulta en perdas por incisión máis baixas e un mecanizado máis preciso. Este principio tamén é aplicable a aplicacións médicas, onde a maior precisión do corte con láser ultrarrápido axuda a reducir os danos no tecido circundante e mellora a experiencia do paciente durante a cirurxía láser.

Pulsos de atosegundos: o futuro dos láseres ultrarrápidos
A medida que a investigación continúa a avanzar nos láseres ultrarrápidos, están a desenvolverse novas e melloradas fontes de luz con duracións de pulso máis curtas. Para obter información sobre procesos físicos máis rápidos, moitos investigadores están a centrarse na xeración de pulsos de atosegundos, duns 10-18 s no rango de lonxitudes de onda ultravioleta extrema (XUV). Os pulsos de atosegundos permiten o seguimento do movemento dos electróns e melloran a nosa comprensión da estrutura electrónica e a mecánica cuántica. Aínda que a integración dos láseres de atosegundos XUV nos procesos industriais aínda non fixo progresos significativos, a investigación e os avances en curso no campo case con certeza impulsarán esta tecnoloxía fóra do laboratorio e cara á fabricación, como foi o caso dos femtosegundos e os picosegundos.fontes láser.