فريد من نوعه ليزر فريد من نوعه

فريدليزر فائق السرعةالجزء الثاني

انتشار التشتت والنبض: تشتت تأخير المجموعة
واحدة من أصعب التحديات التقنية التي واجهتها عند استخدام الليزر فائق السرعة هو الحفاظ على مدة نبضات القصة الفائقة المنبعثة في البداية من قبلالليزر. النبضات فائقة السرعة عرضة للتشويه الزمني ، مما يجعل النبضات أطول. هذا التأثير يزداد سوءًا مع اختصار النبض الأولي. في حين أن أشعة الليزر الفائقة السرعة يمكن أن تنبعث منها نبضات مدتها 50 ثانية ، إلا أنه يمكن تضخيمها في الوقت المناسب باستخدام المرايا والعدسات لنقل النبض إلى الموقع المستهدف ، أو حتى نقل النبض عبر الهواء.

يتم قياس هذا التشويه الوقت باستخدام مقياس يسمى تشتت المجموعة المتأخر (GDD) ، والمعروف أيضًا باسم تشتت من الدرجة الثانية. في الواقع ، هناك أيضًا شروط تشتت ذات ترتيب أعلى قد تؤثر على توزيع الوقت لنبضات Ultrafart-Laser ، ولكن في الممارسة العملية ، عادة ما يكون ذلك كافيًا فقط لدراسة تأثير GDD. GDD هي قيمة تعتمد على التردد تتناسب خطيًا مع سمك مادة معينة. عادة ما يكون للبصريات الإرسال مثل العدسة والنافذة والمكونات الموضوعية قيم GDD موجبة ، مما يشير إلى أنه بمجرد أن تمنح النبضات المضغوطة البصريات الإرسال مدة نبض أطول من تلك المنبعثةأنظمة الليزر. تنتشر المكونات ذات الترددات المنخفضة (أي الأطوال الموجية الأطول) بشكل أسرع من المكونات ذات الترددات الأعلى (أي الأطوال الموجية الأقصر). مع مرور النبض من خلال المزيد والمزيد من المادة ، سيستمر الطول الموجي في النبض في تمتد أكثر وأكثر في الوقت المناسب. بالنسبة لفترات النبض الأقصر ، وبالتالي النطاق الترددي الأوسع ، فإن هذا التأثير مبالغ فيه ويمكن أن يؤدي إلى تشويه وقت كبير للنبض.

تطبيقات الليزر فائق السرعة
التحليل الطيفي
منذ ظهور مصادر الليزر فائق السرعة ، كانت التحليل الطيفي أحد مجالات التطبيق الرئيسية. من خلال تقليل مدة النبض إلى فيمتوثانية أو حتى attoseconds ، يمكن الآن تحقيق العمليات الديناميكية في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا التي كان من المستحيل تاريخيا مراقبة. إحدى العمليات الرئيسية هي الحركة الذرية ، وقد أدت مراقبة الحركة الذرية إلى تحسين الفهم العلمي للعمليات الأساسية مثل الاهتزاز الجزيئي والانفصال الجزيئي ونقل الطاقة في البروتينات الضوئية.

التصوير الحيوي
تدعم أشعة الليزر الفائقة القمامة العمليات غير الخطية وتحسين الدقة للتصوير البيولوجي ، مثل المجهر متعدد الفوتون. في نظام متعدد الفوتون ، من أجل توليد إشارة غير خطية من هدف بيولوجي أو فلورسنت ، يجب أن يتداخل فوتونان في المكان والزمان. تعمل هذه الآلية غير الخطية على تحسين دقة التصوير عن طريق تقليل إشارات مضان الخلفية بشكل كبير التي تعاني من دراسات العمليات الفردية. يتم توضيح خلفية الإشارة المبسطة. تمنع منطقة الإثارة الأصغر في مجهر Multiphoton أيضًا السمية الضوئية وتقليل الأضرار التي لحقت بالعينة.

الشكل 1: مثال مخطط لمسار الشعاع في تجربة مجهر متعددة الفوتون

معالجة المواد بالليزر
كما أحدثت مصادر الليزر فائق السرعة ثورة في ظهور ميكراتش للليزر ومعالجة المواد بسبب الطريقة الفريدة التي تتفاعل بها نبضات الفائق مع المواد. كما ذكرنا سابقًا ، عند مناقشة LDT ، تكون مدة النبض فائقة السرعة أسرع من المقياس الزمني لنشر الحرارة في شعرية المادة. تنتج أشعة الليزر الفائقة السرعة منطقة متأثرة بالحرارة أقل بكثير منأشعة الليزر النبضي النانوية، مما أدى إلى انخفاض خسائر شق وآلات أكثر دقة. ينطبق هذا المبدأ أيضًا على التطبيقات الطبية ، حيث تساعد الدقة المتزايدة في قطع Ultrafart-Laser على تقليل الأضرار التي لحقت بالأنسجة المحيطة وتحسين تجربة المريض أثناء جراحة الليزر.

نبضات Attosecond: مستقبل الليزر الفائق السرعة
مع استمرار الأبحاث في تعزيز الليزر فائق السرعة ، يتم تطوير مصادر الضوء الجديدة والمحسّنة مع فترات النبض الأقصر. لاكتساب نظرة ثاقبة على العمليات المادية الأسرع ، يركز العديد من الباحثين على توليد نبضات Attosecond-حوالي 10-18 ثانية في نطاق الطول الموجي الأشعة فوق البنفسجية (XUV). تسمح نبضات Attosecond بتتبع حركة الإلكترون وتحسين فهمنا للبنية الإلكترونية وميكانيكا الكم. في حين أن دمج الليزر XUV Attosecond في العمليات الصناعية لم يحرز تقدمًا كبيرًا ، فإن الأبحاث المستمرة والتطورات في هذا المجال ستدفع هذه التكنولوجيا إلى الخارج من المختبر إلى التصنيع ، كما كان الحال مع Femtosecond و Picosecondمصادر الليزر.