უნიკალური ულტრასწრაფი ლაზერი ნაწილი მეორე

უნიკალურიულტრასწრაფი ლაზერინაწილი მეორე

დისპერსია და პულსის გავრცელება: ჯგუფური დაყოვნების დისპერსია
ერთ-ერთი ყველაზე რთული ტექნიკური გამოწვევა, რომელიც გვხვდება ულტრასწრაფი ლაზერების გამოყენებისას, არის ულტრა მოკლე იმპულსების ხანგრძლივობის შენარჩუნება, რომლებიც თავდაპირველად გამოიცა.ლაზერული. ულტრასწრაფი პულსები ძალიან მგრძნობიარეა დროის დამახინჯების მიმართ, რაც ახანგრძლივებს პულსებს. ეს ეფექტი უარესდება საწყისი პულსის ხანგრძლივობის შემცირებით. მიუხედავად იმისა, რომ ულტრასწრაფ ლაზერებს შეუძლიათ ასხივონ იმპულსები 50 წამის ხანგრძლივობით, მათი დროულად გაძლიერება შესაძლებელია სარკეებისა და ლინზების გამოყენებით პულსის სამიზნე ადგილას გადასაცემად, ან თუნდაც უბრალოდ პულსის გადაცემა ჰაერში.

ამ დროის დამახინჯება რაოდენობრივად განისაზღვრება ღონისძიების გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება ჯგუფური დაგვიანებული დისპერსია (GDD), რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მეორე რიგის დისპერსია. სინამდვილეში, ასევე არსებობს უფრო მაღალი რიგის დისპერსიული ტერმინები, რომლებმაც შეიძლება გავლენა მოახდინონ ულტრაფარტ-ლაზერული იმპულსების დროის განაწილებაზე, მაგრამ პრაქტიკაში, როგორც წესი, საკმარისია მხოლოდ GDD-ის ეფექტის შესწავლა. GDD არის სიხშირეზე დამოკიდებული მნიშვნელობა, რომელიც წრფივი პროპორციულია მოცემული მასალის სისქესთან. გადამცემი ოპტიკა, როგორიცაა ლინზა, ფანჯარა და ობიექტივი კომპონენტები, როგორც წესი, აქვს დადებითი GDD მნიშვნელობები, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ შეკუმშული იმპულსების გადაცემის ოპტიკას შეუძლია უფრო გრძელი იმპულსის ხანგრძლივობა მისცეს, ვიდრე გამოსხივებული.ლაზერული სისტემები. ქვედა სიხშირის მქონე კომპონენტები (ანუ უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე) უფრო სწრაფად ვრცელდება, ვიდრე უფრო მაღალი სიხშირის მქონე კომპონენტები (ანუ უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე). რამდენადაც პულსი გადის უფრო და უფრო მეტ მატერიაში, ტალღის სიგრძე პულსში უფრო და უფრო გაგრძელდება დროთა განმავლობაში. პულსის მოკლე ხანგრძლივობისთვის და, შესაბამისად, უფრო ფართო გამტარუნარიანობისთვის, ეს ეფექტი კიდევ უფრო გაზვიადებულია და შეიძლება გამოიწვიოს პულსის დროის მნიშვნელოვანი დამახინჯება.

ულტრასწრაფი ლაზერული აპლიკაციები
სპექტროსკოპია
ულტრასწრაფი ლაზერული წყაროების გამოჩენის შემდეგ, სპექტროსკოპია მათი გამოყენების ერთ-ერთი მთავარი სფეროა. პულსის ხანგრძლივობის ფემტოწამამდე ან თუნდაც ატოწამამდე შემცირებით, ახლა შეიძლება მიღწეული იქნას დინამიური პროცესები ფიზიკაში, ქიმიასა და ბიოლოგიაში, რომელთა დაკვირვება ისტორიულად შეუძლებელი იყო. ერთ-ერთი ძირითადი პროცესია ატომური მოძრაობა და ატომურ მოძრაობაზე დაკვირვებამ გააუმჯობესა ისეთი ფუნდამენტური პროცესების მეცნიერული გაგება, როგორიცაა მოლეკულური ვიბრაცია, მოლეკულური დისოციაცია და ენერგიის გადაცემა ფოტოსინთეზურ ცილებში.

ბიოვიზუალიზაცია
მაქსიმალური სიმძლავრის ულტრასწრაფი ლაზერები მხარს უჭერენ არაწრფივ პროცესებს და აუმჯობესებენ გარჩევადობას ბიოლოგიური გამოსახულების დროს, როგორიცაა მრავალფოტონიანი მიკროსკოპია. მრავალფოტონურ სისტემაში, ბიოლოგიური გარემოდან ან ფლუორესცენტური სამიზნედან არაწრფივი სიგნალის წარმოქმნის მიზნით, ორი ფოტონი უნდა გადაიფაროს სივრცესა და დროში. ეს არაწრფივი მექანიზმი აუმჯობესებს გამოსახულების გარჩევადობას ფონის ფლუორესცენციის სიგნალების საგრძნობლად შემცირებით, რომლებიც აწუხებს ერთფოტონური პროცესების შესწავლას. გამარტივებული სიგნალის ფონი ილუსტრირებულია. მულტიფოტონური მიკროსკოპის უფრო მცირე აგზნების რეგიონი ასევე ხელს უშლის ფოტოტოქსიკურობას და ამცირებს ნიმუშის დაზიანებას.

სურათი 1: სხივის ბილიკის მაგალითი დიაგრამა მრავალფოტონიანი მიკროსკოპის ექსპერიმენტში

მასალის ლაზერული დამუშავება
ულტრასწრაფმა ლაზერულმა წყაროებმა ასევე მოახდინეს რევოლუცია ლაზერულ მიკროდამუშავებასა და მასალის დამუშავებაში, ულტრამოკლე იმპულსების ურთიერთქმედების უნიკალური გზით მასალებთან. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, LDT განხილვისას, ულტრასწრაფი პულსის ხანგრძლივობა უფრო სწრაფია, ვიდრე მასალის გისოსებში სითბოს დიფუზიის დროის მასშტაბი. ულტრასწრაფი ლაზერები წარმოქმნიან ბევრად უფრო მცირე სითბოს ზემოქმედების ზონას, ვიდრენანოწამიანი პულსირებული ლაზერები, რის შედეგადაც მცირდება ჭრილობის დანაკარგები და უფრო ზუსტი დამუშავება. ეს პრინციპი ასევე გამოიყენება სამედიცინო აპლიკაციებში, სადაც ულტრაფარტ-ლაზერული ჭრის გაზრდილი სიზუსტე ხელს უწყობს მიმდებარე ქსოვილის დაზიანების შემცირებას და აუმჯობესებს პაციენტის გამოცდილებას ლაზერული ოპერაციის დროს.

ატოწამული პულსები: ულტრასწრაფი ლაზერების მომავალი
როდესაც კვლევა გრძელდება ულტრასწრაფი ლაზერების წინსვლისთვის, მუშავდება ახალი და გაუმჯობესებული სინათლის წყაროები მოკლე პულსის ხანგრძლივობით. უფრო სწრაფი ფიზიკური პროცესების გასაგებად, ბევრი მკვლევარი ყურადღებას ამახვილებს ატოწამიანი იმპულსების წარმოქმნაზე - დაახლოებით 10-18 წმ უკიდურეს ულტრაიისფერ (XUV) ტალღის სიგრძის დიაპაზონში. ატოწამური პულსები საშუალებას იძლევა თვალყური ადევნოთ ელექტრონების მოძრაობას და გააუმჯობესოს ჩვენი გაგება ელექტრონული სტრუქტურისა და კვანტური მექანიკის შესახებ. მიუხედავად იმისა, რომ XUV ატტოწამის ლაზერების ინტეგრაციამ სამრეწველო პროცესებში ჯერ კიდევ არ მიაღწია მნიშვნელოვან პროგრესს, ამ სფეროში მიმდინარე კვლევებმა და მიღწევებმა თითქმის უეჭველად მიიყვანს ამ ტექნოლოგიას ლაბორატორიიდან და წარმოებაში, როგორც ეს იყო ფემტოწამისა და პიკოწამის შემთხვევაში.ლაზერული წყაროები.