Laser ultrarolaire unique partie deuxième partie

Uniquelaser ultra-rapidedeuxième partie

Dispersion et propagation du pouls: dispersion des délai de groupe
L'un des défis techniques les plus difficiles rencontrés lors de l'utilisation de lasers ultrafast est de maintenir la durée des impulsions ultra-courtes initialement émises par lelaser. Les impulsions ultra-rapides sont très sensibles à la distorsion temporelle, ce qui rend les impulsions plus longues. Cet effet empire à mesure que la durée de l'impulsion initiale se raccourcit. Alors que les lasers ultra-rapides peuvent émettre des impulsions avec 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 du groupe (GDD), également connue sous le nom de dispersion de second ordre. En fait, il existe également des termes de dispersion d'ordre supérieur qui peuvent affecter la distribution temporelle des impulsions ultrafart-laser, mais en pratique, il est généralement suffisant pour examiner l'effet du GDD. Le GDD est une valeur dépendante de la fréquence qui est linéairement proportionnelle à l'épaisseur d'un matériau donné. Les optiques de transmission telles que l'objectif, la fenêtre et les composants objectifs ont généralement des valeurs de GDD positives, ce qui indique qu'une fois les impulsions compressées peuvent donner à l'optique de transmission une durée d'impulsion plus longue que celles émises parsystèmes laser. Les composants avec des fréquences plus basses (c.-à-d. Des longueurs d'onde plus longues) se propagent plus rapidement que les composants à fréquences plus élevées (c'est-à-dire des longueurs d'onde plus courtes). Au fur et à mesure que l'impulsion passe de plus en plus, la longueur d'onde dans l'impulsion continuera de s'étendre de plus en plus dans le temps. Pour les durées d'impulsion plus courtes, et donc les largeurs de bande plus larges, cet effet est encore exagéré et peut entraîner une distorsion significative du temps d'impulsion.

Applications laser ultra-rapides
spectroscopie
Depuis l'avènement des sources laser ultra-rapides, la spectroscopie a été l'un de leurs principaux domaines d'application. En réduisant la durée de l'impulsion, en Femtosecondes ou même aux attosecondes, les processus dynamiques de la physique, de la chimie et de la biologie qui étaient historiquement impossibles à observer peuvent désormais être obtenus. L'un des processus clés est le mouvement atomique, et l'observation du mouvement atomique a amélioré la compréhension scientifique des processus fondamentaux tels que les vibrations moléculaires, la dissociation moléculaire et le transfert d'énergie dans les protéines photosynthétiques.

bioimagerie
Les lasers ultra-rapides à puissance de pointe prennent en charge les processus non linéaires et améliorent la résolution de l'imagerie biologique, tels que la microscopie multi-photons. Dans un système multi-photos, 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 le temps. Ce mécanisme non linéaire améliore la résolution d'imagerie en réduisant de manière significative les signaux de fluorescence de fond que les études de peste des processus à photons uniques. L'arrière-plan de signal simplifié est illustré. La plus petite région d'excitation du microscope multiphoton empêche également la phototoxicité et minimise les dommages à l'échantillon.

Figure 1: Un exemple de diagramme d'un chemin de faisceau dans une expérience de microscope multi-photon

Traitement des matériaux laser
Les sources laser ultrafouillées ont également révolutionné la micro-immatrice de laser et le traitement des matériaux en raison de la manière unique que les impulsions ultraffites interagissent avec les matériaux. Comme mentionné précédemment, lors de la discussion de LDT, la durée d'impulsion ultra-rapide est plus rapide que l'échelle temporelle de la diffusion de la chaleur dans le réseau du matériau. Les lasers ultrafast produisent une zone de chaleur beaucoup plus petite quelasers pulsés nanosecondes, entraînant des pertes d'incision plus faibles et une usinage plus précis. Ce principe est également applicable aux applications médicales, où la précision accrue de la coupe ultrafart laser aide à réduire les dommages aux tissus environnants et améliore l'expérience du patient pendant la chirurgie laser.

Attoseconde impulsions: L'avenir des lasers ultra-rapides
Alors que la recherche continue de faire progresser les lasers ultra-rapides, des sources lumineuses nouvelles et améliorées avec des durées d'impulsion plus courtes sont en cours de développement. Pour avoir un aperçu des processus physiques plus rapides, de nombreux chercheurs se concentrent sur la génération d'impulsions attosecondes - environ 10-18 s dans la plage d'ondes ultraviolette extrême (XUV). Les impulsions attosecondes permettent le suivi du mouvement des électrons et améliorent notre compréhension de la structure électronique et de la mécanique quantique. Bien que l'intégration des lasers XUV attoseconde dans les processus industriels n'ait pas encore fait de progrès significatifs, les recherches et progrès en cours sur le terrain poussent presque certainement cette technologie hors du laboratoire et dans la fabrication, comme cela a été le cas avec Femtosecond et Picosecondesources laser.