Láser ultrarrápido único, segunda parte

Únicoláser ultrarrápidosegunda parte

Dispersión e dispersión de pulsos: dispersión de retardo de grupo
Un dos retos técnicos máis difíciles que se atopan ao usar láseres ultrarrápidos é manter a duración dos pulsos ultracurtos emitidos inicialmente pololáser. Os pulsos ultrarrápidos son moi susceptibles á distorsión do tempo, o que fai que os pulsos sexan máis longos. Este efecto empeora a medida que se acurta a duración do pulso inicial. 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 incluso simplemente transmitir o pulso a través do aire.

Esta distorsión temporal cuantificase mediante unha medida chamada dispersión retardada de grupo (GDD), tamén coñecida como dispersión de segunda orde. De feito, tamén hai termos de dispersión de orde superior que poden afectar a distribución temporal dos pulsos de láser ultrapedo, pero na práctica, adoita ser suficiente só examinar o efecto do GDD. GDD é un valor dependente da frecuencia que é linealmente proporcional ao espesor dun material dado. A óptica de transmisión, como a lente, a fiestra e os compoñentes do obxectivo, adoitan ter valores de GDD positivos, o que indica que unha vez comprimidos os pulsos poden darlle á óptica de transmisión unha duración de pulso máis longa que as emitidas porsistemas láser. Os 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 cada vez máis materia, a lonxitude de onda do pulso continuará estendéndose 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 producir unha distorsión significativa do tempo de pulso.

Aplicacións láser ultrarrápidas
espectroscopia
Desde a aparición das fontes láser ultrarrápidas, a espectroscopia foi unha das súas principais áreas de aplicación. Ao reducir a duración do pulso a femtosegundos ou mesmo atosegundos, agora pódense conseguir procesos dinámicos en física, química e bioloxía históricamente 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.

bioimaxe
Os láseres ultrarrápidos de potencia máxima admiten procesos non lineais e melloran a resolución de imaxes biolóxicas, como a microscopía multifotónica. Nun sistema multifotón, para xerar un sinal non lineal a partir dun medio biolóxico ou dun branco fluorescente, dous fotóns deben superpoñerse no espazo e no tempo. Este mecanismo non lineal mellora a resolución da imaxe reducindo significativamente os sinais de fluorescencia de fondo que afectan os estudos dos procesos dun só fotón. Ilustra o fondo do sinal simplificado. A rexión de excitación máis pequena do microscopio multifotónico tamén evita a fototoxicidade e minimiza o dano á mostra.

Figura 1: Un diagrama de exemplo dun camiño de feixe nun experimento de microscopio multifotónico

Procesamento de materiais con láser
As fontes de láser ultrarrápidas tamén revolucionaron o micromecanizado con láser e o procesamento de materiais debido á forma única en que os pulsos ultracurtos interactúan cos materiais. Como se mencionou anteriormente, cando se fala de LDT, a duración do pulso ultrarrápido é máis rápida que a escala de tempo da difusión da calor na rede do material. Os láseres ultrarrápidos producen unha zona afectada pola calor moito máis pequena queláseres pulsados ​​en nanosegundos, resultando en menores perdas de incisión e mecanizado máis preciso. Este principio tamén é aplicable a aplicacións médicas, onde a maior precisión do corte con láser ultrapedo axuda a reducir o dano ao tecido circundante e mellora a experiencia do paciente durante a cirurxía con láser.

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