독특한 초고속 레이저 2부

고유한초고속 레이저2부

분산 및 펄스 확산: 그룹 지연 분산
초고속 레이저를 사용할 때 직면하게 되는 가장 어려운 기술적 과제 중 하나는 처음에 방출되는 초단 펄스의 지속 시간을 유지하는 것입니다.원자 램프. 초고속 펄스는 시간 왜곡에 매우 취약하여 펄스가 길어집니다. 이 효과는 초기 펄스의 지속 시간이 짧아질수록 더욱 심해집니다. 초고속 레이저는 50초 동안 펄스를 방출할 수 있지만 거울과 렌즈를 사용하여 시간에 맞춰 증폭하여 펄스를 대상 위치로 전송하거나 공기를 통해 펄스를 전송할 수도 있습니다.

이 시간 왜곡은 2차 분산이라고도 알려진 그룹 지연 분산(GDD)이라는 측정값을 사용하여 정량화됩니다. 사실, 초광대 레이저 펄스의 시간 분포에 영향을 미칠 수 있는 고차 분산 항도 있지만 실제로는 일반적으로 GDD의 효과를 조사하는 것만으로도 충분합니다. GDD는 주어진 재료의 두께에 선형적으로 비례하는 주파수 종속 값입니다. 렌즈, 창 및 대물렌즈 구성 요소와 같은 전송 광학 장치는 일반적으로 양의 GDD 값을 가지며, 이는 일단 압축된 펄스가 전송 광학 장치에 의해 방출된 것보다 더 긴 펄스 지속 시간을 제공할 수 있음을 나타냅니다.레이저 시스템. 더 낮은 주파수(즉, 더 긴 파장)를 갖는 구성 요소는 더 높은 주파수(즉, 더 짧은 파장)를 갖는 구성 요소보다 빠르게 전파됩니다. 펄스가 점점 더 많은 물질을 통과함에 따라 펄스의 파장은 시간이 지남에 따라 점점 더 확장됩니다. 펄스 지속 시간이 짧아져 대역폭이 넓어지면 이 효과가 더욱 과장되어 상당한 펄스 시간 왜곡이 발생할 수 있습니다.

초고속 레이저 응용
분광학
초고속 레이저 소스의 출현 이후 분광학은 주요 응용 분야 중 하나였습니다. 펄스 지속 시간을 펨토초 또는 심지어 아토초로 줄임으로써 역사적으로 관찰이 불가능했던 물리학, 화학 및 생물학의 동적 프로세스를 이제 달성할 수 있습니다. 핵심 과정 중 하나는 원자 운동이며, 원자 운동의 관찰은 광합성 단백질의 분자 진동, 분자 해리 및 에너지 전달과 같은 기본 과정에 대한 과학적 이해를 향상시켰습니다.

바이오이미징
피크 전력 초고속 레이저는 비선형 프로세스를 지원하고 다광자 현미경과 같은 생물학적 이미징의 해상도를 향상시킵니다. 다중 광자 시스템에서 생물학적 매질이나 형광 표적으로부터 비선형 신호를 생성하려면 두 개의 광자가 공간과 시간에서 겹쳐야 합니다. 이 비선형 메커니즘은 단일 광자 프로세스 연구를 방해하는 배경 형광 신호를 크게 줄여 이미징 해상도를 향상시킵니다. 단순화된 신호 배경이 설명되어 있습니다. 다광자 현미경의 더 작은 여기 영역은 광독성을 방지하고 샘플 손상을 최소화합니다.

그림 1: 다광자 현미경 실험에서 빔 경로의 예시 다이어그램

레이저 재료 가공
초고속 레이저 소스는 초단 펄스가 재료와 상호 작용하는 독특한 방식으로 인해 레이저 미세 가공 및 재료 가공에 혁명을 일으켰습니다. 앞서 언급했듯이 LDT를 논의할 때 초고속 펄스 지속 시간은 재료의 격자로 열이 확산되는 시간 규모보다 빠릅니다. 초고속 레이저는 레이저보다 열 영향을 받는 영역이 훨씬 작습니다.나노초 펄스 레이저, 절개 손실이 적고 가공이 더욱 정밀해집니다. 이 원리는 의료 응용 분야에도 적용 가능합니다. 여기서 초극 레이저 절단의 정밀도가 향상되어 주변 조직의 손상을 줄이고 레이저 수술 중 환자 경험을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

아토초 펄스: 초고속 레이저의 미래
초고속 레이저에 대한 연구가 계속 발전함에 따라 펄스 지속 시간이 더 짧은 새롭고 향상된 광원이 개발되고 있습니다. 더 빠른 물리적 프로세스에 대한 통찰력을 얻기 위해 많은 연구자들은 극자외선(XUV) 파장 범위에서 약 10~18초인 아토초 펄스 생성에 중점을 두고 있습니다. 아토초 펄스는 전자 운동을 추적하고 전자 구조와 양자 역학에 대한 이해를 향상시킵니다. XUV 아토초 레이저를 산업 공정에 통합하는 것은 아직 큰 진전을 이루지 못했지만 현장에서 진행 중인 연구와 발전으로 인해 이 기술이 펨토초 및 피코초의 경우처럼 실험실에서 제조로 옮겨갈 것이 거의 확실합니다.레이저 소스.