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 elláserLos pulsos ultrarrápidos son muy susceptibles a la distorsión temporal, lo que provoca que se alarguen. Este efecto se agrava a medida que disminuye 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 el uso de espejos y lentes para transmitir el pulso al lugar deseado, o incluso simplemente transmitirlo 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, también existen términos de dispersión de orden superior que pueden afectar la distribución temporal de los pulsos láser ultracortos, pero en la práctica, suele ser suficiente examinar el efecto de la GDD. La GDD es un valor dependiente de la frecuencia que es linealmente proporcional al espesor de un material dado. La óptica de transmisión, como los componentes de lentes, ventanas y objetivos, suele tener valores de GDD positivos, lo que indica que los pulsos una vez comprimidos pueden dar a la óptica de transmisión una duración de pulso más larga que la emitida 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 extiende 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 provocar una distorsión significativa en la duración del pulso.
Aplicaciones de láser ultrarrápido
espectroscopia
Desde la aparición de las fuentes láser ultrarrápidas, la espectroscopia se ha convertido en 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.
bioimágenes
Los láseres ultrarrápidos de máxima potencia permiten 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 en el espacio y el tiempo. Este mecanismo no lineal mejora la resolución de la imagen al reducir significativamente las señales de fluorescencia de fondo que afectan a los estudios de procesos monofotónicos. Se ilustra el fondo de señal simplificado. La menor región de excitación 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 mediante 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, 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 nanosegundosEsto se traduce 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 de ultra alta frecuencia 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 campo de los láseres ultrarrápidos, se están desarrollando nuevas y mejores fuentes de luz 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, de aproximadamente 10⁻¹⁸ s en el rango de longitud de onda ultravioleta extrema (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 progresado significativamente, la investigación y los avances en curso en este campo casi con certeza impulsarán esta tecnología del laboratorio a la fabricación, como ha sucedido con los láseres de femtosegundos y picosegundos.fuentes láser.
Fecha de publicación: 25 de junio de 2024