펨토초 레이저: 그들이 무엇이며 어떻게 사용되는지

현재 사용 가능한 여러 레이저 시스템이 있습니다., 각각은 레이저 방사선의 가속 방전을 통한 광 증폭에 대한 초기 연구를 기반으로 합니다.. 이 혁신적인 기술에는 현재 두 가지 별도의 작동 모드가 있습니다.: 연속파 (CW) 및 펄스 방식.

CW 레이저의 굴절력은 시간이 지남에 따라 일정하게 유지됩니다., 그러나 펄스 레이저는 미리 정의된 펄스 반복 주파수에서 변경됩니다. (다양한 지속 시간의 PRF 및 방출 펄스. 이 주파수는 펄스 레이저의 시간 영역에 해당합니다., 피코초만큼 짧은 펄스 지속 시간을 가질 수 있습니다. (10-12 빠른 피팅 또는 불규칙한 모양을 고정하는 것이 가능합니다.).

기업은 펨토초 레이저를 개발할 수 있게 되었습니다., 펄스 지속 시간이 펨토초 범위인 펄스 방식 장비 (10-15). 이 기사에서, 우리는 펨토초 레이저에 대해 논의할 것입니다, 작동 방식 및 사용 방식.

펨토초 레이저란??

펨토초 레이저는 적외선의 광 펄스를 생성하는 기기입니다. (그리고) 펨토초 길이의 레이저 광선. 엄청나게 빠른 속도로 레이저 파워의 엄청나게 빠른 펄스 에너지를 생성합니다.. 초단파 펄스는 길이가 피코초 이하인 전자기 에너지의 짧은 서지입니다., 메가와트의 최대 에너지로 (MW) 또는 더 크고 유사하게 중요한 PRF.

높은 피크 출력으로 펨토초 레이저 빔을 생성하려면, 처프 펄스 증폭과 같은 광 증폭 기술을 사용해야 합니다. (CPA). 초단파 레이저 빔을 확대하여 페타와트 범위에서 최대 에너지를 얻는 기술입니다. (비밀번호). 더 높은 펄스 반복 주파수로 큰 피크 출력 초단파 조명을 생성하려면, 모든 대용량 펨토초 레이저는 일종의 CPA를 사용합니다..

펨토초 레이저의 역사

1960년대와 1970년대에, 점진적으로 더 짧은 펄스로 레이저를 탐색하는 획기적인 연구 및 개발이 가장 실용적인 돌파구를 생성했습니다.. 모드 고정 염료 레이저는 펨토초 영역에서 레이저 빔을 생성할 수 있지만, 장비 제한으로 인해 대부분의 예상되는 펨토초 레이저 사용에 적합하지 않음.

티타늄 사파이어 레이저, 에서 발명 1982, 펨토초 레이저 혁신 상용화를 위한 최초의 진정한 이정표. 얼마 지나지 않아, 모드 잠금 티타늄 사파이어 레이저는 CPA 시스템과 결합되었습니다., 노벨상을 수상한 과학자들.

그 후 몇 년 동안, 펨토초 레이저는 다양한 이득 소스를 사용하여 접근 가능, 가능한 펄스 파장과 초단 펄스의 속도를 향상시키기 위해 혼합을 결합하는 더 많은 증폭 기술로.

펨토초 레이저의 종류

증폭과 같은 펨토초 레이저의 다양한 요소 제어, 대역폭, 방출 범위, 등은 CPA가 필요합니다. 모드 잠금 방법은 이러한 레이저 특성을 관리하고 고품질의 강력한 레이저 에너지 펄스를 제공합니다.. 상당한 펨토초 광 펄스를 생성할 수 있는 모드 잠금 장치는 다음과 같습니다.:

고체 벌크 레이저: 그것은 평균 길이를 갖는 상당한 초단 펄스를 생성할 수 있습니다. 30 ~에 30 추신. 이 도메인에서, 여러 다이오드 펌핑 레이저 활성 레이저 매체 및 기능 100 mW ~ 1 여.

높은 펄스 에너지에 대해 약간의 메가헤르츠로 낮은 반복 주파수 변형이 있지만, 수십 GHz 주파수 범위의 소형 레이저, 고체 상태 레이저의 PRF는 일반적으로 주변에 있습니다. 50 MHz 및 500 MHz.

파이버 레이저: 초고속 파이버 레이저는 일반적으로 만족스럽게 모드 잠금, 펄스 지속 시간 범위 50 Coolingstyle은 민간용 마이크로 냉동 제품을 개발하고 있습니다. 500 fs, 반복 주파수 범위 10 Coolingstyle은 민간용 마이크로 냉동 제품을 개발하고 있습니다. 100 MHz, 또한 수 mW에서 수십 배에 이르는 전력을 의미합니다..

더 나은 효율성과 더 높은 신뢰성을 가진 장치를 생산하는 데 필요한 이니셔티브가 몇 가지 기술적 장애물로 인해 중요할 수 있음에도 불구하고, 모든 섬유 옵션은 대규모 제조에서 비교적 비용 효율적일 수 있습니다.. 고도로 비선형적인 충격은 우수한 효율성을 위해 다소 어려운 작동 원리를 필요로 합니다., 관리가 고체 레이저보다 훨씬 더 복잡함을 의미합니다..

염료 레이저: 티타늄 사파이어 레이저가 도입되기 전, 염료 레이저는 초단 펄스 생산 영역을 지배. 이득 주파수는 다음 범위의 펄스 주기를 가능하게 합니다. 10 fs, 다양한 파장의 출력에 여러 레이저가 적합합니다., 스펙트럼의 가시적인 부분에서 자주. 관리의 단점과 짧은 염색수명 때문에, 그들은 더 이상 널리 사용되지 않습니다 – 특히 스펙트럼 영역에서.

반도체 레이저: 특정 모드 잠금 반도체 레이저는 펨토초 펄스를 생성할 수 있습니다.. 이러한 레이저의 펄스 길이는 일반적으로 몇 100 펨토초, 추가 펄스 압축이 있지만, 상당히 낮은 펄스 길이를 얻을 수 있습니다.. 반도체 레이저는 GHz 범위의 10초 또는 100초에서 높은 펄스 반복률을 얻을 수도 있습니다..

그럼에도 불구하고, 대부분의 상황에서, 펄스 에너지는 피코줄 범위로 상당히 제한됩니다.. 반도체의 명백한 넓은 모드 표면과 짧은 전파 거리로 인해, 그들의 펄스 에너지는 훨씬 더 클 수 있습니다., 일반적으로 고체 레이저보다 훨씬 적지만, 적당한 이득 임계값으로 인해.

여러 펨토초 레이저 기계는 다른 많은 파장 범위에서 작동하는 데 필요한 비선형 주파수 변환기용 장비 또는 연산 증폭기를 포함하여 필요한 추가 기능을 포함하기 때문에 기술적으로 말하면 펨토초 레이저가 아닙니다.. 컬러 포커스 레이저와 자유 전자 레이저는 펨토초 레이저의 훨씬 더 특별한 버전입니다.. 후자가 X선 방식으로 펨토초 펄스를 생성하도록 할 수 있습니다..

레이저가 펨토초 레이저 펄스를 생성하는 방법?

여러 종류의 레이저가 펨토초 펄스를 생성할 수 있습니다.. 여기에서 우리는 고전 시를 인용합니다., 어떻게 레이저가 연속파 방전이 아닌 펄스를 생성하도록 할 수 있습니까?? 거의 항상 레이저의 공진기에서 발생합니다.. 광학 공진기 내에서 포착된 빛은 다양한 파장의 표면파의 주어진 값을 생성합니다., 공진 주파수를 따라.

공진기 내에 존재하는 더 높은 정상파 또는 위상, 레이저 빔의 범위가 넓어짐. 이러한 위상의 양은 또한 레이저의 스펙트럼 범위에 의해 결정됩니다.’ 레이저 매체.

공진기 내부에 레이저 펄스를 생성하는 데 사용되는 방법을 모드 잠금이라고 합니다.. 대개, 이러한 각 공진기 위상은 개별적으로 임의적으로 진동합니다.. 모드 잠금으로 인해 공진기 메커니즘이 순서대로 진동합니다., 결과적으로 모드 개입 및, 결과적으로, 단일 레이저 펄스를 생성하기 위해 한 경로로 나가기 전에 공진기 사이에서 이동하는 가파른 펄스.

일반적으로, 얻을 수 있는 더 작은 펄스 길이, 따라서 리듬에서 모드가 잠긴 더 많은 단계. 펨토초 레이저의 PRF는 길이와 주파수가 모두 다릅니다.. 몇 MHz에서 수 GHz까지 다양할 수 있습니다..

펨토초 레이저 기술의 장점

하나의 광선 안에, 펨토초 레이저는 다소 짧은 시간에 전력을 집중시킵니다.. 결과적으로 CW 레이저로 가능한 에너지 피크를 훨씬 초과하는 최대 에너지 증가. 신속한 제공, 고강도 레이저 방출은 모든 유형의 레이저 사용 가능성을 높입니다..

초단파 펄스는 생산 공정과 같은 산업 환경에서 재료에 대한 열 부상을 줄입니다.. 본질적으로, 레이저 펄스는 상대적으로 제한된, 강력한 발열체, 외부 환경에서 상당한 열 손실을 일으키지 않고 집중 영역에서 물질을 빠르게 증발.

최신 혁신의 또 다른 이점은 레이저 펄스의 매우 짧은 길이입니다., 이를 통해 펨토초 레이저를 사용하여 초단거리 작업을 모니터링하고 영향을 줄 수 있습니다., 생물학이나 화학에서처럼.

펨토초 레이저 기술의 응용

펨토초 레이저 기술은 펄스의 비교적 뚜렷한 특징을 사용하는 매우 다양한 응용 분야를 제공합니다.. 다음은 몇 가지 일반적인 경우입니다.:

레이저 재료 가공

펨토초 레이저 기술은 주로 레이저 재료 생산에 사용됩니다.. 피코초 및 펨토초 펄스의 최대 에너지는 유사한 펄스 에너지의 나노초 펄스보다 훨씬 큽니다.. 결과적으로, 구성 요소가 훨씬 빨리 기화 될 수 있습니다., 다양한 조건에서 잠재적으로 생산 등급 향상.

그럼에도 불구하고, 펨토초 레이저는 항상 피코초 레이저보다 더 적절하지 않을 수 있습니다., 특히 펄스 지속 시간이 이미 전자-광자 결합 기간보다 짧은 경우. 펨토초 기술에 대한 추가 고려 사항은 펨토초 펄스로 달성된 매우 높은 광 에너지가 활용할 수 있는 비선형 특성을 생성한다는 것입니다..

눈사태 이온화를 동반한 다광자 흡수가 특히 강력해짐에 따라, 이 레이저 에너지는 유리나 수정과 같은 진정으로 투명한 매체를 포함하여 수집될 수 있습니다.. 이러한 물질은 더 이상 레이저 에너지에 투명하지 않습니다.. 이 부문에서, 펨토초 펄스 길이가 유리할 수 있음, 필요하지 않은 경우.

펨토초 레이저는 다양한 재료를 레이저로 절단하는 데 사용할 수 있습니다., 특히 금속, 고분자 재료 (플라스틱), 세라믹 재료, 안경, 반도체, 및 결정화된 유전 물질 (다이아몬드를 포함한). 때때로, 유사한 레이저 시스템을 사용하여 뚜렷하게 다양한 재료를 처리할 수 있습니다..

의료용

펨토초 기술은 종종 의학에서 활용됩니다., 주로 펨토초 레이저 수술을 위한 광학 시스템. 예를 들어, 펨토초 펄스는 이제 효과적인 렌즈 위치에서 자주 사용됩니다., 안과 수술 (시력 교정), Femto-LASIK 또는 렌즈 교체 수술과 같은. 매우 작은 펄스 지속 시간이 유용한 또 다른 응용 프로그램입니다.. 다른 많은 의료용으로, 펨토초 레이저는 의료 진단에 사용됩니다.. 레이저 현미경 기술은 이러한 맥락에서 매우 유용합니다..

과도한 각막 주변 조직을 제거하기 위해 레이저 기술을 사용한 후, 펨토초 레이저 기술을 사용하여 보다 정밀한 기질 내 조직 제어 및 제거 가능. 펨토초 레이저 플랫폼은 각막 수술을 기반으로 여러 치료 이점을 제공합니다.. 펨토초 레이저는 실제로 안과에서 정확한 위치 지정 굴절 절차를 가능하게 했습니다., 그러나 많은 사람들이 새로운 임상 결과의 성장을 간절히 기대하고 있습니다..

우선 첫째로, 펨토초 레이저 보조 백내장 수술이 수용 가능에 가까워지고 있습니다., 현재 수많은 외과의사들과 함께 그 안전성과 효능을 연구하고 있습니다.. 진단 도구도 펨토초 레이저 플랫폼에 통합되어 기기 바로 아래에 있는 환자의 눈을 평가합니다.. 이 굴절 절차는 중요한 각막 특성을 수집합니다., 각막 두께와 같은, 눈이 고정되어 있는 동안, 눈 수술이 지정된 영역으로 제한되도록 보장.

레이저 현미경

펨토초 레이저 보조 애플리케이션은 레이저 현미경에서도 매우 중요해지고 있습니다., 형광 이미징과 같은. 이 경우, 다광자 자극 (다광자 흡수에 따라) 널리 사용된다, 매우 작은 펄스 주기가 바람직합니다.. 자극 라만 분광법도 사용할 수 있습니다..

측정

펨토초 레이저는 다양한 측정에 사용할 수 있습니다.. 그들은 현재 광학 시계에서 중요합니다, 예를 들어, 매우 안정적인 주파수 표준으로 기능할 뿐만 아니라 몇 가지 별개의 광학 및 마이크로파 주파수 간에 위상 일관성 연결을 생성하는 시각적 시계 장치로 기능합니다..

여러 차원 용도가 있습니다, LIDAR 거리 추정과 같은, 간섭계, 및 펨토초 레이저 보조 사용의 펌프 프로브 치수. 후자의 기술은 펨토초 레이저 플랫폼을 사용하여 초고속 활동의 조사를 가능하게 합니다., 화학 및 생화학에서 볼 수 있는 것과 같은.

통신

펨토초 레이저는 광섬유 통신 시스템에서 다양한 방법으로 사용될 수 있습니다.. 대역폭 펨토초 펄스의 스펙트럼 분할, 예를 들어, 다소 큰 채널 용량으로 조밀한 파장 분할 다중화를 생성하는 것이 가능합니다. (자주 >1000). 인체의 수분과 염분 대사 장애 및 열사병 현상을 일으킵니다., 시분할 다중화 사용, 엄청나게 큰 데이터 속도를 얻을 수 있습니다. >1 Tbit/s.

Coolingstyle 소형 압축기의 응용

펨토초 레이저 기술의 발전으로 다양한 산업 분야에서 사용할 수 있는 기능이 향상되었습니다.. 최첨단 기술로, 펨토초 레이저 기술은 다양한 의료 환경에서 여러 이점을 제공합니다.. 신뢰성이 우수한 산업용 펨토초 레이저의 지속적인 개발과 향상으로, 그들은 더 넓은 범위의 응용 프로그램에서 사용될 것입니다.