Laser ultrarrápido exclusivo, parte dois

Exclusivolaser ultrarrápidoparte dois

Dispersão e espalhamento de pulso: dispersão de atraso de grupo
Um dos desafios técnicos mais difíceis encontrados ao usar lasers ultrarrápidos é manter a duração dos pulsos ultracurtos emitidos inicialmente pelolaserPulsos ultrarrápidos são muito suscetíveis à distorção temporal, o que os torna mais longos. Esse efeito se agrava à medida que a duração do pulso inicial diminui. Embora os lasers ultrarrápidos possam emitir pulsos com duração de 50 segundos, eles podem ser amplificados no tempo usando espelhos e lentes para transmitir o pulso ao local alvo, ou mesmo simplesmente transmitindo o pulso pelo ar.

Essa distorção temporal é quantificada usando uma medida chamada dispersão retardada de grupo (GDD), também conhecida como dispersão de segunda ordem. De fato, existem também termos de dispersão de ordem superior que podem afetar a distribuição temporal dos pulsos de laser ultrassônico, mas, na prática, geralmente é suficiente examinar apenas o efeito da GDD. A GDD é um valor dependente da frequência que é linearmente proporcional à espessura de um determinado material. Ópticas de transmissão, como lentes, janelas e componentes da objetiva, normalmente apresentam valores de GDD positivos, o que indica que, uma vez comprimidos, os pulsos podem conferir à óptica de transmissão uma duração de pulso mais longa do que aqueles emitidos porsistemas de laserComponentes com frequências mais baixas (ou seja, comprimentos de onda maiores) propagam-se mais rapidamente do que componentes com frequências mais altas (ou seja, comprimentos de onda menores). À medida que o pulso atravessa cada vez mais matéria, o comprimento de onda do pulso continua a se estender cada vez mais no tempo. Para durações de pulso mais curtas e, portanto, larguras de banda maiores, esse efeito é ainda mais exagerado e pode resultar em distorção significativa do tempo do pulso.

Aplicações de laser ultrarrápido
espectroscopia
Desde o advento das fontes de laser ultrarrápidas, a espectroscopia tem sido uma de suas principais áreas de aplicação. Ao reduzir a duração do pulso para femtossegundos ou mesmo attossegundos, processos dinâmicos em física, química e biologia que historicamente eram impossíveis de observar agora podem ser alcançados. Um dos processos-chave é o movimento atômico, e a observação do movimento atômico aprimorou a compreensão científica de processos fundamentais como vibração molecular, dissociação molecular e transferência de energia em proteínas fotossintéticas.

bioimagem
Lasers ultrarrápidos de pico de potência suportam processos não lineares e melhoram a resolução para imagens biológicas, como a microscopia multifóton. Em um sistema multifóton, para 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 da imagem, reduzindo significativamente os sinais de fluorescência de fundo que afetam os estudos de processos de fóton único. O sinal de fundo simplificado é ilustrado. A menor região de excitação do microscópio multifóton também previne a fototoxicidade e minimiza os danos à amostra.

Figura 1: Um diagrama de exemplo de um caminho de feixe em um experimento de microscópio multifóton

Processamento de material a laser
Fontes de laser ultrarrápidas também revolucionaram a microusinagem a laser e o processamento de materiais devido à forma única como os pulsos ultracurtos interagem com os materiais. Como mencionado anteriormente, ao discutir o LDT, a duração do pulso ultrarrápido é mais rápida do que a escala de tempo de difusão do calor na estrutura do material. Lasers ultrarrápidos produzem uma zona afetada pelo calor muito menor do quelasers pulsados ​​de nanossegundos, resultando em menores perdas de incisão e usinagem mais precisa. Este princípio também se aplica a aplicações médicas, onde a maior precisão do corte a laser ultrafino ajuda a reduzir danos ao tecido circundante e melhora a experiência do paciente durante a cirurgia a laser.

Pulsos de attosegundo: o futuro dos lasers ultrarrápidos
À medida que a pesquisa avança para o desenvolvimento de lasers ultrarrápidos, novas e aprimoradas fontes de luz com durações de pulso mais curtas estão sendo desenvolvidas. Para obter insights sobre processos físicos mais rápidos, muitos pesquisadores estão se concentrando na geração de pulsos de attosegundo – cerca de 10-18 s na faixa de comprimento de onda ultravioleta extrema (XUV). Os pulsos de attosegundo permitem o rastreamento do movimento de elétrons e aprimoram nossa compreensão da estrutura eletrônica e da mecânica quântica. Embora a integração de lasers de attosegundo XUV em processos industriais ainda não tenha apresentado progressos significativos, as pesquisas e os avanços em andamento na área certamente levarão essa tecnologia para fora do laboratório e para a fabricação, como já foi o caso com femtossegundos e picossegundos.fontes de laser.