Únicoláser ultrarrápidosegunda parte
Dispersión y propagación 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 elláserLos pulsos ultrarrápidos son muy susceptibles a la distorsión temporal, lo que los alarga. 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, estos pueden amplificarse en el tiempo mediante espejos y lentes para transmitir el pulso al objetivo, o incluso simplemente transmitirlo 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, existen términos de dispersión de orden superior que pueden afectar la distribución temporal de los pulsos ultrasónicos láser, pero en la práctica, suele bastar con examinar el efecto de la GDD. La GDD es un valor dependiente de la frecuencia que es linealmente proporcional al espesor de un material determinado. Los componentes ópticos de transmisión, como lentes, ventanas y objetivos, suelen tener valores positivos de GDD, lo que indica que los pulsos comprimidos pueden proporcionar a la óptica de transmisión una duración de pulso mayor que los emitidos porsistemas 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 extenderá cada vez más en el tiempo. Para duraciones de pulso más cortas y, por lo tanto, anchos de banda más amplios, este efecto se acentúa aún más y puede resultar en una distorsión significativa del tiempo de pulso.
Aplicaciones de láser ultrarrápido
espectroscopia
Desde la aparición 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 es posible observar procesos dinámicos en física, química y biología que históricamente eran imposibles de observar. Uno de los procesos clave es el movimiento atómico, y su 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 potencia máxima facilitan los procesos no lineales y mejoran la resolución de las 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 dificultan los estudios de procesos monofotónicos. 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 una trayectoria de haz en un experimento de microscopio multifotónico
Procesamiento de materiales mediante láser
Las fuentes láser ultrarrápidas también han revolucionado el micromecanizado láser y el procesamiento de materiales gracias a la singular interacción de los pulsos ultracortos con los materiales. Como se mencionó anteriormente, al hablar de LDT, la duración del pulso ultrarrápido es menor 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 menor que...láseres pulsados de nanosegundos, lo que resulta en menores pérdidas por incisión y un mecanizado más preciso. Este principio también es aplicable a aplicaciones médicas, donde la mayor precisión del corte con láser ultrasónico 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 avanza en el desarrollo de láseres ultrarrápidos, se desarrollan nuevas y mejores fuentes de luz con pulsos de menor duración. Para comprender mejor los procesos físicos más rápidos, muchos investigadores se centran en la generación de pulsos de attosegundos (aproximadamente de 10 a 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 avanzado significativamente, la investigación y los avances en este campo casi con seguridad impulsarán esta tecnología fuera del laboratorio y hacia la fabricación, como ha sido el caso de los láseres de femtosegundos y picosegundos.fuentes láser.
Hora de publicación: 25 de junio de 2024