Laser ultrarapide unique, deuxième partie

Uniquelaser ultrarapidedeuxième partie

Dispersion et étalement des impulsions : dispersion du retard de groupe
L'un des défis techniques les plus difficiles rencontrés lors de l'utilisation de lasers ultrarapides est de maintenir la durée des impulsions ultra-courtes initialement émises par le laser.laser. Les impulsions ultrarapides sont très sensibles à la distorsion temporelle, ce qui rend les impulsions plus longues. Cet effet s'aggrave à mesure que la durée de l'impulsion initiale raccourcit. Alors que les lasers ultrarapides peuvent émettre des impulsions d'une durée de 50 secondes, ils peuvent être amplifiés dans le temps en utilisant des miroirs et des lentilles pour transmettre l'impulsion à l'emplacement cible, ou même simplement transmettre l'impulsion dans l'air.

Cette distorsion temporelle est quantifiée à l'aide d'une mesure appelée dispersion retardée de groupe (GDD), également connue sous le nom de dispersion du second ordre. En fait, il existe également des termes de dispersion d'ordre supérieur qui peuvent affecter la distribution temporelle des impulsions laser ultrafart, mais en pratique, il suffit généralement d'examiner l'effet du GDD. GDD est une valeur dépendante de la fréquence et linéairement proportionnelle à l'épaisseur d'un matériau donné. Les optiques de transmission telles que les lentilles, les fenêtres et les composants d'objectif ont généralement des valeurs GDD positives, ce qui indique qu'une fois compressées, les impulsions peuvent donner à l'optique de transmission une durée d'impulsion plus longue que celles émises parsystèmes laser. Les composants ayant des fréquences plus basses (c'est-à-dire des longueurs d'onde plus longues) se propagent plus rapidement que les composants ayant des fréquences plus élevées (c'est-à-dire des longueurs d'onde plus courtes). À mesure que l’impulsion traverse de plus en plus de matière, la longueur d’onde de l’impulsion continuera à s’étendre de plus en plus loin dans le temps. Pour des durées d'impulsion plus courtes, et donc des bandes passantes plus larges, cet effet est encore exagéré et peut entraîner une distorsion significative de la durée d'impulsion.

Applications laser ultrarapides
spectroscopie
Depuis l’avènement des sources laser ultrarapides, la spectroscopie constitue l’un de leurs principaux domaines d’application. En réduisant la durée des impulsions à des femtosecondes, voire à des attosecondes, il est désormais possible de réaliser des processus dynamiques en physique, chimie et biologie qui étaient historiquement impossibles à observer. L’un des processus clés est le mouvement atomique, et l’observation du mouvement atomique a amélioré la compréhension scientifique de processus fondamentaux tels que la vibration moléculaire, la dissociation moléculaire et le transfert d’énergie dans les protéines photosynthétiques.

bioimagerie
Les lasers ultrarapides à puissance maximale prennent en charge les processus non linéaires et améliorent la résolution de l'imagerie biologique, telle que la microscopie multiphotonique. Dans un système multiphotonique, afin de générer un signal non linéaire à partir d'un milieu biologique ou d'une cible fluorescente, deux photons doivent se chevaucher dans l'espace et dans le temps. Ce mécanisme non linéaire améliore la résolution de l’imagerie en réduisant considérablement les signaux de fluorescence de fond qui nuisent aux études sur les processus monophotoniques. L’arrière-plan simplifié du signal est illustré. La plus petite région d’excitation du microscope multiphotonique prévient également la phototoxicité et minimise les dommages causés à l’échantillon.

Figure 1 : Un exemple de diagramme d'un trajet de faisceau dans une expérience de microscope multiphotonique

Traitement des matériaux au laser
Les sources laser ultrarapides ont également révolutionné le micro-usinage laser et le traitement des matériaux en raison de la manière unique dont les impulsions ultracourtes interagissent avec les matériaux. Comme mentionné précédemment, lorsqu’on parle de LDT, la durée de l’impulsion ultrarapide est plus rapide que l’échelle de temps de diffusion de la chaleur dans le réseau du matériau. Les lasers ultrarapides produisent une zone affectée thermiquement beaucoup plus petite que cellelasers pulsés nanosecondes, ce qui entraîne des pertes d'incision inférieures et un usinage plus précis. Ce principe s'applique également aux applications médicales, où la précision accrue de la découpe au laser ultrafart contribue à réduire les dommages aux tissus environnants et améliore l'expérience du patient lors de la chirurgie au laser.

Impulsions attosecondes : l'avenir des lasers ultrarapides
Alors que la recherche continue de faire progresser les lasers ultrarapides, de nouvelles sources de lumière améliorées avec des durées d'impulsion plus courtes sont en cours de développement. Pour mieux comprendre les processus physiques plus rapides, de nombreux chercheurs se concentrent sur la génération d’impulsions attosecondes – environ 10 à 18 s dans la gamme de longueurs d’onde de l’ultraviolet extrême (XUV). Les impulsions attosecondes permettent de suivre le mouvement des électrons et d'améliorer notre compréhension de la structure électronique et de la mécanique quantique. Même si l'intégration des lasers attoseconde XUV dans les processus industriels doit encore faire des progrès significatifs, les recherches et les progrès en cours dans le domaine feront presque certainement sortir cette technologie du laboratoire et de la fabrication, comme cela a été le cas avec la femtoseconde et la picoseconde.source laser.