Láser láser ultra

ÚnicoLáser ultravésParte segunda

Dispersión e propagación de pulso: dispersión do atraso do grupo
Un dos retos técnicos máis difíciles atopados cando se usa láseres ultravisos é manter a duración dos pulsos ultra-short emitidos inicialmente polosláser. Os pulsos ultravisos son moi susceptibles á distorsión do tempo, o que fai que os pulsos sexan máis longos. Este efecto empeora a medida que a duración do pulso inicial acurta. Mentres que os láseres ultravtos poden emitir pulsos cunha duración de 50 segundos, pódense amplificar no tempo empregando espellos e lentes para transmitir o pulso á localización do destino, ou incluso transmitir o pulso a través do aire.

Esta distorsión do tempo cuantifícase mediante unha medida chamada dispersión atrasada por grupo (GDD), tamén coñecida como dispersión de segunda orde. De feito, tamén hai termos de dispersión de orde superior que poden afectar a distribución do tempo de pulsos de láser ultrafart, pero na práctica, normalmente é suficiente só para examinar o efecto da GDD. A GDD é un valor dependente da frecuencia que é linealmente proporcional ao grosor dun determinado material. A óptica de transmisión como a lente, a xanela e os compoñentes obxectivos normalmente teñen valores GDD positivos, o que indica que unha vez que os pulsos comprimidos poden dar 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) propagan máis rápido que os compoñentes con frecuencias máis altas (é dicir, lonxitudes de onda máis curtas). A medida que o pulso pasa por cada vez máis materia, a lonxitude de onda no pulso seguirá estendéndose máis e máis no tempo. Para duracións de pulso máis curtas e, polo tanto, anchos de banda máis amplos, este efecto é esaxerado aínda máis e pode producir unha distorsión significativa do tempo de pulso.

Aplicacións láser ultravas
Espectroscopia
Desde a chegada de fontes de láser ultravés, a espectroscopia foi unha das súas principais áreas de aplicación. Ao reducir a duración do pulso a femtosegundos ou incluso atosegundos, agora se poden 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 vibración molecular, disociación molecular e transferencia de enerxía en proteínas fotosintéticas.

bioimaginación
Os láseres ultrafast de potencia pico admiten procesos non lineais e melloran a resolución para a imaxe biolóxica, como a microscopía multi-fotóns. Nun sistema multi-fotóns, para xerar un sinal non lineal a partir dun medio biolóxico ou un obxectivo fluorescente, dous fotóns deben solaparse no espazo e no tempo. Este mecanismo non lineal mellora a resolución de imaxe reducindo significativamente os sinais de fluorescencia de fondo que peste estudos de procesos dun fotón único. O fondo simplificado do sinal móstrase. A rexión de excitación máis pequena do microscopio multiphotón tamén prevén a fototoxicidade e minimiza os danos na mostra.

Figura 1: Un diagrama de exemplo dunha ruta de feixe nun experimento de microscopio multi-fotón

Procesamento de material láser
As fontes láser ultravas tamén revolucionaron a micromachinización láser e o procesamento de materiais debido á forma única de que os pulsos de ultrashort interactúan cos materiais. Como se mencionou anteriormente, ao falar de LDT, a duración do pulso ultra -falecido é máis rápida que a escala de tempo de difusión de calor na celosía do material. Os láseres ultrafast producen unha zona moito máis pequena afectada polo calor queLáseres pulsados ​​nanosegundos, dando lugar a menores perdas de incisión e mecanizado máis preciso. Este principio tamén é aplicable a aplicacións médicas, onde a maior precisión do corte de láser ultrafart axuda a reducir os danos no tecido circundante e mellora a experiencia do paciente durante a cirurxía láser.

Pulsos de atosecondes: o futuro dos láseres ultravisos
A medida que a investigación continúa avanzando láseres ultravos, estanse a desenvolver novas fontes de luz novas e melloradas con duración de pulso máis curta. Para coñecer os procesos físicos máis rápidos, moitos investigadores están centrados na xeración de pulsos de atosecond-aproximadamente 10-18 s no rango de lonxitude de onda ultravioleta extrema (XUV). Os pulsos de atosecondes permiten o seguimento do movemento de electróns e mellorar a nosa comprensión da estrutura electrónica e da mecánica cuántica. Aínda que a integración de láseres atosecondes XUV nos procesos industriais aínda ten que avanzar significativamente, a investigación e os avances en curso no campo case seguramente empuxarán esta tecnoloxía fóra do laboratorio e á fabricación, como sucedeu con femtosegundo e picosegundoFontes láser.