ユニークな超高速レーザーパート2

個性的超高速レーザーパート2

分散とパルスの広がり：グループ遅延分散
超高速レーザーを使用する際に遭遇する最も困難な技術的課題の1つは、最初に放出された超ショートパルスの持続時間を維持することです。レーザ。超高速パルスは、時間の歪みの影響を受けやすく、パルスが長くなります。この効果は、初期パルスの期間が短くなるにつれて悪化します。超高速レーザーは、50秒の期間でパルスを発することができますが、ミラーとレンズを使用してターゲットの位置にパルスを伝達するか、パルスを空気から送信することで、時間内に増幅することができます。

今回の歪みは、2次分散とも呼ばれるグループ遅延分散（GDD）と呼ばれる測定を使用して定量化されます。実際、Ultrafartレーザーパルスの時間分布に影響を与える可能性のある高次分散項もありますが、実際には、GDDの効果を調べるだけで十分です。 GDDは、特定の材料の厚さに直線的に比例する周波数依存の値です。レンズ、ウィンドウ、客観的コンポーネントなどのトランスミッションオプティクスは通常、正のGDD値を持っています。これは、圧縮パルスが送信光学系が発射されたものよりも長いパルス持続時間を与えることができることを示しています。レーザーシステム。より低い周波数（つまり、長い波長）のコンポーネントは、より高い周波数（つまり、波長の短い）のコンポーネントよりも速く伝播します。パルスがますます多くの物質を通過すると、パルスの波長はさらに時間内にさらに延長され続けます。より短いパルス持続時間、したがってより広い帯域幅の場合、この効果はさらに誇張されており、大幅なパルス時間の歪みをもたらす可能性があります。

超高速レーザーアプリケーション
分光法
超高速レーザー源の出現以来、分光法は主要なアプリケーション分野の1つです。パルス期間をフェムト秒またはアト秒にまで減らすことにより、物理学、化学、生物学の動的プロセスを歴史的に観察することができました。重要なプロセスの1つは原子運動であり、原子運動の観察により、光合成タンパク質の分子振動、分子解離、エネルギー移動などの基本的なプロセスの科学的理解が改善されました。

バイオイメージング
ピークパワー超高速レーザーは、非線形プロセスをサポートし、多光子顕微鏡などの生物学的イメージングの解像度を改善します。多光子システムでは、生物学的媒体または蛍光標的から非線形信号を生成するために、2つの光子が空間と時間に重複する必要があります。この非線形メカニズムは、単一光子プロセスの研究を悩ませる背景蛍光シグナルを大幅に削減することにより、画像解像度を改善します。単純化された信号の背景が示されています。多光子顕微鏡の励起領域は、光毒性を防ぎ、サンプルの損傷を最小限に抑えます。

図1：多光子顕微鏡実験のビーム経路の例の図

レーザー材料処理
超高速レーザーソースは、超微量パルスが材料と相互作用するユニークな方法により、レーザーマイクロマシニングと材料処理にも革命をもたらしました。前述のように、LDTについて議論するとき、超高速パルス期間は、材料の格子への熱拡散の時間尺度よりも速いです。超高速レーザーは、はるかに小さな熱に影響を受けるゾーンを生成しますナノ秒パルスレーザー、切開損失の低下とより正確な機械加工をもたらします。この原則は医療用途にも適用されます。ここでは、ウルトラファートレーザー切断の精度の向上は、周囲の組織の損傷を減らし、レーザー手術中の患者体験を改善するのに役立ちます。

Attosecondパルス：超高速レーザーの未来
研究が引き続き超高速レーザーを前進させているため、パルス期間が短いため、新しく改善された光源が開発されています。より高速な物理プロセスに関する洞察を得るために、多くの研究者は、極端な紫外線（XUV）波長範囲で約10〜18秒のアト秒パルスの生成に焦点を当てています。 Attosecondパルスにより、電子運動の追跡が可能になり、電子構造と量子力学の理解が向上します。 XUV Attosecondレーザーの産業プロセスへの統合はまだ大きな進歩を遂げていませんが、FEMTONDとPICOSECONDの場合のように、この技術を継続的に研究と進歩を実験室から製造に押し上げますが、レーザーソース.