Láser ultrarrápido único, parte dos

Únicoláser ultrarrápidosegunda parte

Dispersión y propagación de pulsos: dispersión de retardo de grupo
Uno de los desafíos técnicos más difíciles que se presentan al usar láseres ultrarrápidos es mantener la duración de los pulsos ultracortos emitidos inicialmente por el láser.láserLos pulsos ultrarrápidos son muy susceptibles a la distorsión temporal, lo que provoca que se alarguen. Este efecto se agrava a medida que se acorta la duración del pulso inicial. Si bien los láseres ultrarrápidos pueden emitir pulsos con una duración de 50 segundos, es posible amplificarlos en el tiempo mediante el uso de espejos y lentes para transmitir el pulso al punto de impacto, o incluso simplemente transmitiéndolo a través del aire.

Esta distorsión temporal se cuantifica mediante una medida denominada dispersión retardada de grupo (GDD), también conocida como dispersión de segundo orden. De hecho, existen términos de dispersión de orden superior que pueden afectar la distribución temporal de los pulsos ultracortos láser, pero en la práctica, suele ser suficiente con examinar el efecto de la GDD. La GDD es un valor que depende de la frecuencia y es linealmente proporcional al espesor de un material dado. Los componentes ópticos de transmisión, como lentes, ventanas y objetivos, suelen tener valores de GDD positivos, lo que indica que los pulsos comprimidos pueden proporcionar a la óptica de transmisión una duración de pulso mayor que la de los pulsos emitidos por el láser.sistemas láserLos 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 materia, su longitud de onda se alarga progresivamente. Para pulsos de menor duración, y por lo tanto, con mayor ancho de banda, este efecto se acentúa aún más y puede provocar una distorsión temporal significativa del pulso.

Aplicaciones láser ultrarrápidas
espectroscopia
Desde la aparición de las fuentes láser ultrarrápidas, la espectroscopia se ha convertido en una de sus principales aplicaciones. Al reducir la duración del pulso a femtosegundos o incluso attosegundos, ahora es posible observar procesos dinámicos en física, química y biología que históricamente eran imposibles de detectar. Uno de estos procesos clave es el movimiento atómico, cuya observación 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 alta potencia permiten el estudio de procesos no lineales y mejoran la resolución en 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 espacial y temporalmente. Este mecanismo no lineal mejora la resolución de la imagen al reducir significativamente las señales de fluorescencia de fondo que dificultan los estudios de procesos de un solo fotón. Se ilustra la señal de fondo simplificada. La región de excitación más pequeña del microscopio multifotónico también previene la fototoxicidad y minimiza el daño a la muestra.

Figura 1: Diagrama de ejemplo de la trayectoria de un haz en un experimento de microscopía multifotónica

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, al hablar de LDT (tratamiento láser de difusión), la duración del pulso ultrarrápido es menor que la escala temporal de la difusión del calor en la red cristalina del material. Los láseres ultrarrápidos producen una zona afectada por el calor mucho menor que la de los láseres convencionales.láseres pulsados ​​de nanosegundosEsto se traduce en menores pérdidas por incisión y un mecanizado más preciso. Este principio también es aplicable a la medicina, donde la mayor precisión del corte por láser de ultra alta velocidad 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 el desarrollo de láseres ultrarrápidos, se están creando fuentes de luz nuevas y mejoradas con duraciones de pulso más cortas. Para comprender mejor los procesos físicos más rápidos, muchos investigadores se centran en la generación de pulsos de attosegundos (entre 10⁻¹⁸ s) en el rango de longitud de onda del ultravioleta extremo (XUV). Los pulsos de attosegundos permiten rastrear el movimiento de los electrones y mejoran 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 experimentado un progreso significativo, la investigación y los avances en curso en este campo casi con seguridad impulsarán esta tecnología más allá del laboratorio y hacia la fabricación, como ya ha ocurrido con los láseres de femtosegundos y picosegundos.fuentes láser.