Únicoláser ultrarrápidosegunda parte
Dispersión y dispersión de pulsos: dispersión de retardo de grupo
Uno de los desafíos técnicos más difíciles que se encuentran al utilizar láseres ultrarrápidos es mantener la duración de los pulsos ultracortos emitidos inicialmente por elláser. Los pulsos ultrarrápidos son muy susceptibles a la distorsión del tiempo, lo que los hace más largos. Este efecto empeora a medida que se acorta la duración del pulso inicial. Si bien los láseres ultrarrápidos pueden emitir pulsos con una duración de 50 segundos, pueden amplificarse en el tiempo mediante el uso de espejos y lentes para transmitir el pulso a la ubicación objetivo, o incluso simplemente transmitir el pulso a través del aire.
Esta distorsión temporal se cuantifica mediante una medida llamada dispersión retardada de grupo (GDD), también conocida como dispersión de segundo orden. De hecho, también existen términos de dispersión de orden superior que pueden afectar la distribución temporal de los pulsos del láser ultrafart, pero en la práctica, suele ser suficiente simplemente examinar el efecto del GDD. GDD es un valor dependiente de la frecuencia que es linealmente proporcional al espesor de un material determinado. Las ópticas de transmisión, como la lente, la ventana y los componentes del objetivo, generalmente tienen valores GDD positivos, lo que indica que una vez comprimidos los pulsos pueden darle a la óptica de transmisión una duración de pulso más larga que los emitidos porsistemas láser. Los componentes con frecuencias más bajas (es decir, longitudes de onda más largas) se propagan más rápido que los componentes con frecuencias más altas (es decir, longitudes de onda más cortas). A medida que el pulso atraviesa más y más materia, la longitud de onda del pulso seguirá extendiéndose más y más en el tiempo. Para duraciones de pulso más cortas y, por lo tanto, anchos de banda más amplios, este efecto se exagera aún más y puede dar como resultado una distorsión significativa del tiempo de pulso.
Aplicaciones láser ultrarrápidas
espectroscopia
Desde la llegada de las fuentes láser ultrarrápidas, la espectroscopia ha sido una de sus principales áreas de aplicación. Al reducir la duración del pulso a femtosegundos o incluso attosegundos, ahora se pueden lograr procesos dinámicos en física, química y biología que históricamente eran imposibles de observar. Uno de los procesos clave es el movimiento atómico, y la observación del movimiento atómico ha mejorado la comprensión científica de procesos fundamentales como la vibración molecular, la disociación molecular y la transferencia de energía en las proteínas fotosintéticas.
bioimagen
Los láseres ultrarrápidos de máxima potencia admiten procesos no lineales y mejoran la resolución de imágenes biológicas, como la microscopía multifotónica. En un sistema multifotónico, para generar una señal no lineal a partir de un medio biológico o un objetivo fluorescente, dos fotones deben superponerse en el espacio y el tiempo. Este mecanismo no lineal mejora la resolución de las imágenes al reducir significativamente las señales de fluorescencia de fondo que plagan los estudios de procesos de fotón único. Se ilustra el fondo de señal simplificado. La región de excitación más pequeña del microscopio multifotónico también previene la fototoxicidad y minimiza el daño a la muestra.
Figura 1: Un diagrama de ejemplo de la trayectoria de un haz en un experimento con un microscopio multifotónico
Procesamiento de materiales con láser
Las fuentes láser ultrarrápidas también han revolucionado el micromecanizado láser y el procesamiento de materiales debido a la forma única en que los pulsos ultracortos interactúan con los materiales. Como se mencionó anteriormente, cuando se habla de LDT, la duración del pulso ultrarrápido es más rápida que la escala de tiempo de difusión del calor en la red del material. Los láseres ultrarrápidos producen una zona afectada por el calor mucho más pequeña queLáseres pulsados de nanosegundos., lo que resulta en menores pérdidas de incisión y un mecanizado más preciso. Este principio también es aplicable a aplicaciones médicas, donde la mayor precisión del corte con láser ultrafart ayuda a reducir el daño al tejido circundante y mejora la experiencia del paciente durante la cirugía láser.
Pulsos de attosegundos: el futuro de los láseres ultrarrápidos
A medida que la investigación continúa avanzando en láseres ultrarrápidos, se están desarrollando fuentes de luz nuevas y mejoradas con duraciones de pulso más cortas. Para conocer mejor los procesos físicos más rápidos, muchos investigadores se están centrando en la generación de pulsos de attosegundos, de entre 10 y 18 s en el rango de longitud de onda del ultravioleta extremo (XUV). Los pulsos de attosegundos permiten rastrear el movimiento de los electrones y mejorar nuestra comprensión de la estructura electrónica y la mecánica cuántica. Si bien la integración de los láseres de attosegundos XUV en los procesos industriales aún no ha logrado avances significativos, es casi seguro que la investigación y los avances en curso en el campo sacarán esta tecnología del laboratorio y la llevarán a la fabricación, como ha sido el caso con el femtosegundo y el picosegundo.fuentes láser.
Hora de publicación: 25 de junio de 2024