Único a laser ultra -rápido

Exclusivolaser ultra -rápidoParte dois

Dispersão e espalhamento de pulso: dispersão de atraso em grupo
Um dos desafios técnicos mais difíceis encontrados ao usar lasers ultra-rápidos é manter a duração dos pulsos ultra-curtos inicialmente emitidos pelolaser. Pulsos ultra -rápidos são muito suscetíveis à distorção do tempo, o que torna os pulsos mais longos. Esse efeito piora à medida que a duração do pulso inicial diminui. Embora os lasers ultra -rápidos possam emitir pulsos com uma duração de 50 segundos, eles podem ser amplificados a tempo usando espelhos e lentes para transmitir o pulso para o local de destino ou até mesmo transmitir o pulso pelo ar.

Essa distorção de tempo é quantificada usando uma medida chamada Dispersão Atrasada em Grupo (GDD), também conhecida como dispersão de segunda ordem. De fato, também existem termos de dispersão de ordem superior que podem afetar a distribuição de tempo de pulsos de laser ultrafarto, mas, na prática, geralmente é suficiente apenas para examinar o efeito do GDD. GDD é um valor dependente da frequência que é linearmente proporcional à espessura de um determinado material. Óptica de transmissão, como lente, janela e componentes objetivos, normalmente têm valores positivos de GDD, o que indica que uma vez que os pulsos compactados podem dar à transmissão a óptica uma duração de pulso mais longa do que aqueles emitidos porSistemas a laser. Os componentes com frequências mais baixas (isto é, comprimentos de onda mais longos) se propagam mais rapidamente que os componentes com frequências mais altas (isto é, comprimentos de onda mais curtos). À medida que o pulso passa por cada vez mais matéria, o comprimento de onda no pulso continuará se estendendo cada vez mais no tempo. Para durações de pulso mais curtas e, portanto, larguras de banda mais amplas, esse efeito é ainda exagerado e pode resultar em distorção significativa do tempo de pulso.

Aplicações a laser ultra -rápidas
Espectroscopia
Desde o advento de fontes de laser ultra -rápidas, a espectroscopia tem sido uma de suas principais áreas de aplicação. Ao reduzir a duração do pulso para femtossegundos ou mesmo atossegundos, processos dinâmicos em física, química e biologia que eram historicamente impossíveis de observar agora podem ser alcançados. Um dos principais processos é o movimento atômico e a observação do movimento atômico melhorou o entendimento científico de processos fundamentais, como vibração molecular, dissociação molecular e transferência de energia em proteínas fotossintéticas.

bioimagem
Os lasers ultra-rápidos de potência de pico suportam processos não lineares e melhoram a resolução da imagem biológica, como microscopia multi-fóton. Em um sistema multi-fóton, a fim de gerar um sinal não linear a partir de um meio biológico ou alvo fluorescente, dois fótons devem se sobrepor no espaço e no tempo. Esse mecanismo não linear melhora a resolução de imagem, reduzindo significativamente os sinais de fluorescência de fundo que atormentam os estudos de processos de fóton único. O fundo do sinal simplificado é ilustrado. A menor região de excitação do microscópio multifotão também impede a fototoxicidade e minimiza os danos à amostra.

Figura 1: Um exemplo de diagrama de um caminho de feixe em um experimento de microscópio multi-fóton

Processamento de material a laser
As fontes de laser ultra -rápidas também revolucionaram a micromachinagem a laser e o processamento de materiais devido à maneira única de os pulsos de ultrassondos interagirem com os materiais. Como mencionado anteriormente, ao discutir o LDT, a duração do pulso ultra -rápida é mais rápida que a escala de tempo de difusão de calor na rede do material. Os lasers ultra-rápidos produzem uma zona muito menor afetada pelo calor do quelasers pulsados ​​por nanossegundos, resultando em mais perdas de incisão e usinagem mais precisa. Esse princípio também é aplicável a aplicações médicas, onde o aumento da precisão do corte de ultrafart-laser ajuda a reduzir os danos ao tecido circundante e melhora a experiência do paciente durante a cirurgia a laser.

Pulsos de atOSgundos: o futuro dos lasers ultra -rápidos
À medida que a pesquisa continua a promover lasers ultra -rápidos, fontes de luz novas e aprimoradas com durações de pulso mais curtas estão sendo desenvolvidas. Para obter informações sobre processos físicos mais rápidos, muitos pesquisadores estão se concentrando na geração de pulsos de altos segundos-cerca de 10 a 18 s na faixa de comprimento de onda ultravioleta extrema (XUV). Os pulsos de atOSgundos permitem o rastreamento do movimento dos elétrons e melhoram nossa compreensão da estrutura eletrônica e da mecânica quântica. Embora a integração de lasers Xuv Attossegundos nos processos industriais ainda não tenha feito progresso significativo, pesquisas e avanços em andamento no campo quase certamente empurrarão essa tecnologia para fora do laboratório e para a fabricação, como tem sido o caso com femtossegundos e picossegundosFontes a laser.