Femtosaniye Lazerler: ne oldukları ve nasıl kullanıldığı

Şu anda mevcut olan birkaç lazer sistemi vardır., ve her biri, hızlandırılmış lazer radyasyonu deşarjı yoluyla ışık amplifikasyonu üzerine yapılan erken çalışmalara dayanmaktadır.. Bu devrim niteliğindeki teknolojinin şu anda iki ayrı çalışma modu vardır: devam eden dalga (CW) ve darbeli yöntem.

Bir CW lazerin kırılma gücü, zaman boyunca sabit kalır, ancak darbeli lazerler, önceden tanımlanmış bir darbe tekrarlama frekansında değişir (PRF ve değişen sürelerde darbeler yayar. Bu frekanslar, darbeli lazerlerin zaman alanına karşılık gelir, bir pikosaniye kadar kısa darbe sürelerine sahip olabilen (10-12 saniye).

Şirketler femtosaniye lazerler geliştirebilir hale geliyor, femtosaniye aralığında darbe süreleri olan darbeli yöntem ekipmanı olan (10-15). Bu makalede, femtosaniye lazerleri tartışacağız, nasıl çalışır ve nasıl kullanılır.

Femtosaniye Lazer Nedir??

Bir femtosaniye lazer, kızılötesi ışık darbeleri oluşturan bir araçtır. (VE) femtosaniye uzunluğunda lazer ışını demeti. İnanılmaz derecede yüksek bir hızda inanılmaz derecede hızlı lazer gücü darbe enerjisi üretir.. Ultra kısa darbeler, elektromanyetik enerjinin pikosaniye veya daha kısa bir uzunluğa sahip kısa dalgalanmalarıdır., maksimum megavat enerjileri ile (MW) veya daha büyük ve benzer şekilde anlamlı PRF.

Yüksek tepe gücüne sahip femtosaniye lazer ışınları oluşturmak için, chirped pulse amplification gibi ışık amplifikasyon teknikleri kullanılmalıdır (EBM). Ultra kısa lazer ışınlarını büyütmek ve petawatt aralığında maksimum enerjilere ulaşmak için kullanılan bir tekniktir. (PW). Daha yüksek darbe tekrarlama frekanslarına sahip büyük tepe çıkışlı ultra kısa ışıklar üretmek için, her büyük güçlü femtosaniye lazer bir tür CPA kullanır.

Femtosaniye Lazerlerin Tarihçesi

1960'larda ve 1970'lerde, kademeli olarak daha kısa darbelere sahip lazerleri araştıran çığır açan çalışmalar ve geliştirmeler, en pratik buluşları üretti. Mod kilitli boya lazerleri femtosaniye bölgesinde lazer ışınları oluşturabilse de, ekipman kısıtlamaları, onları en çok beklenen femtosaniye lazer kullanımları için uygun hale getirmedi.

Titanyum safir lazer, icat edildi 1982, femtosaniye lazer inovasyonunun ticarileştirilmesi için ilk gerçek kilometre taşıydı. Kısa bir süre sonra, mod kilitli bir titanyum-safir lazer, bir CPA sistemi ile birleştirildi, bilim adamlarını kazanmak Nobel Ödülü'nü içeriyordu.

Sonraki yıllarda, femtosaniye lazerlere çeşitli kazanç kaynakları kullanılarak erişilebilir olmuştur, olası darbe dalga boylarını ve ultra kısa darbelerin oranlarını geliştirmek için karışıma katılan daha fazla yükseltme tekniği ile.

Femtosaniye Lazer Türleri

Amplifikasyon gibi femtosaniye lazerlerin çeşitli faktörlerini kontrol etme, Bant genişliği, emisyon aralığı, vb. EBM gerektirir. Mod kilitleme yöntemleri, bu lazer özelliklerini yönetir ve yüksek kaliteli, güçlü lazer enerji darbeleri sağlar.. Önemli femtosaniye ışık darbeleri üretme yeteneğine sahip olan mod kilitlemeli olanlar:

Katı Hal Toplu Lazerler: arasında değişen ortalama uzunluklara sahip önemli ultra kısa darbeler üretebilir. 30 fs için 30 ps. Bu etki alanında, birkaç diyot pompalı lazer aktif lazer ortamı ve normal normal çıkış seviyeleri ile çalışır. 100 mW için 1 W.

Yüksek darbe enerjisi için biraz megahertz ile daha düşük tekrarlama frekansı varyantları olmasına rağmen, yanı sıra onlarca GHz frekans aralığına sahip küçük lazerler, katı hal lazerlerindeki PRF tipik olarak yaklaşık 50 MHz ve 500 Mhz.

Fiber Lazerler: Süper hızlı fiber lazerler genellikle kendinden memnun bir şekilde mod kilitlidir, arasında değişen darbe sürelerine sahiptir. 50 ile 500 fs, arasında değişen tekrarlama sıklığı 10 ile 100 Mhz, ve ayrıca birkaç mW ile onlarca kez arasında değişen güçler anlamına gelir.

Daha iyi verimliliğe ve daha yüksek güvenilirliğe sahip bir cihaz üretmek için gereken girişim, birkaç teknik engel nedeniyle önemli olabilse de, her fiber seçeneği, büyük ölçekli üretimde nispeten uygun maliyetli olabilir. Son derece doğrusal olmayan etkiler, üstün verimlilik için oldukça zor çalışma ilkelerini gerektirir, yönetiminin katı hal lazerlerinden çok daha karmaşık olduğunu ima ediyor.

Boya Lazerleri: Titanyum safir lazerlerin piyasaya sürülmesinden önce, boya lazerleri ultra kısa puls üretimi alanında hüküm sürdü. Kazanç frekansı, aralığında darbe periyotlarına olanak tanır. 10 fs, ve çeşitli lazerler, değişen dalga boylarında çıktı için uygundur, sıklıkla spektrumun görünür kısmında. Bunu yönetmenin sakıncaları ve kısa boya ömrü nedeniyle, artık yaygın olarak istihdam edilmiyorlar – özellikle spektral alanlarda.

Yarı İletken Lazerler: Bazı mod kilitli yarı iletken lazerler femtosaniye darbeleri oluşturabilir. Bu tür lazerlerin darbe uzunlukları normalde birkaç 100 femtosaniye, ek darbe sıkıştırmasına rağmen, önemli ölçüde daha düşük darbe uzunlukları elde edilebilir. Yarı iletken lazerler ayrıca 10'lu veya 100'lü GHz aralığında yüksek darbe tekrarlama oranlarına ulaşabilir..

Yine de, çoğu durumda, darbe enerjisi önemli ölçüde pikojoule aralığıyla sınırlıdır. Yarı iletkende bariz geniş mod yüzeyi ve kısa yayılma mesafesi nedeniyle, nabız enerjileri önemli ölçüde daha yüksek olabilir, genel olarak katı hal lazerlerinden çok daha az olmasına rağmen, mütevazı kazanç eşik değeri sayesinde.

Birkaç femtosaniye lazer makinesi, teknik olarak femtosaniye lazer değildir, çünkü bunlar, diğer birçok dalga boyu aralığında çalışması gereken doğrusal olmayan frekans dönüştürücü için bir işlemsel yükseltici veya ekipman dahil olmak üzere gerekli ekstra özellikleri içerir.. Renkli odak lazerleri ve serbest elektron lazerleri, femtosaniye lazerlerin çok daha sıra dışı versiyonlarıdır.. İkincisinin, X-ışınları gibi femtosaniye darbeleri üretmesini sağlamak mümkündür..

Lazerler nasıl Femtosaniye Lazer Darbeleri üretir??

Çeşitli lazer türleri femtosaniye darbeleri üretebilir. Şimdi, sürekli dalga deşarjları yerine darbeler üreten bir lazere nasıl sahip olabilirsiniz?? Neredeyse her zaman lazerin rezonatöründe meydana gelir.. Bir optik rezonatörde yakalanan ışık, değişen dalga boylarına sahip belirli bir yüzey dalgaları değeri üretir., rezonans frekansının ardından.

Bir rezonatörde bulunan daha yüksek duran dalgalar veya fazlar, lazer ışınının menzili ne kadar geniş olursa. Bu fazların miktarı da lazerlerin spektrum aralığına göre belirlenir.’ kalıcı ortam.

Rezonatörün içinde bir lazer darbesi oluşturmak için kullanılan yöntem, mod kilitleme olarak bilinir.. Genellikle, bu rezonatör fazlarının her biri ayrı ayrı ve keyfi olarak salınır. Mod kilitleme, rezonatör mekanizmalarının sırayla salınmasına neden olur, mod müdahalesi ile sonuçlanan ve, sonuç olarak, tek bir lazer darbesi oluşturmak için bir yoldan çıkmadan önce rezonatörler arasında hareket eden dik darbeler.

Genel olarak, elde edilebilecek darbe uzunluğu daha küçük, dolayısıyla ritimlerinde mod kilitli olan daha fazla aşama. Femtosaniye lazerlerin PRF'leri hem uzunluk hem de frekans olarak değişir. Birkaç MHz'den birçok GHz'e kadar değişebilirler..

Femtosaniye Lazer Teknolojisinin Avantajları

Bir ışık demetinin içinde, femtosaniye lazerler, gücü oldukça küçük bir zaman diliminde yoğunlaştırır. Bu, CW lazerler tarafından mümkün olan enerji tepe noktalarını çok aşan artan maksimum enerjilerle sonuçlanır.. hızlı sağlamak, yüksek yoğunluklu lazer emisyonu, her türlü lazer kullanım potansiyelini artırır.

Ultra kısa darbeler, üretim süreci gibi endüstriyel ortamlarda malzemelerdeki ısı yaralanmalarını azaltır. esasen, lazer darbesi nispeten sınırlı olarak işlev görür, güçlü ısıtma elemanı, dış ortamda önemli bir ısı kaybına neden olmadan odaklanan bölgede hızla buharlaşan malzemeler.

Modern yenilikler için ek bir avantaj, lazer darbesinin inanılmaz derecede kısa uzunluğudur., ultra kısa operasyonları izlemek ve etkilemek için femtosaniye lazerlerin kullanılmasına izin verir, biyoloji veya kimyada olduğu gibi.

Femtosaniye Lazer Teknolojisinin Uygulamaları

Femtosaniye lazer teknolojisi, darbelerin nispeten farklı özelliklerini kullanan çok geniş bir uygulama yelpazesi sunar.. İşte bazı yaygın örnekler:

Lazer Malzeme İşleme

Femtosaniye lazer teknolojisi, lazer malzeme üretiminde büyük ölçüde kullanılmaktadır.. Pikosaniye ve femtosaniye atımlarının maksimum enerjileri, benzer atım enerjisine sahip nanosaniye atımlarınınkinden çok daha fazladır. Sonuç olarak, bileşen çok daha hızlı buharlaşabilir, çeşitli koşullarda üretim derecesini potansiyel olarak iyileştirme.

Yine de, femtosaniye lazerler her zaman pikosaniye lazerlerden daha uygun olmayabilir, özellikle darbe süreleri zaten elektron-foton bağlanma süresinden daha azsa. Femtosaniye teknolojisinin ek bir değerlendirmesi, femtosaniye darbeleriyle elde edilen olağanüstü yüksek ışık enerjilerinin, kullanılabilecek doğrusal olmayan özellikler üretmesidir..

Çığ iyonizasyonunun eşlik ettiği çoklu foton soğurması özellikle güçlü hale geldiğinden, bu lazer enerjisi, camlar veya kristaller gibi gerçekten şeffaf ortamlar dahil olmak üzere toplanabilir. Bu maddeler artık lazer enerjisine karşı şeffaf değildir.. Bu sektörde, femtosaniye darbe uzunlukları avantajlı olabilir, gerekli değilse.

Femtosaniye lazerler, çok çeşitli malzemeleri lazerle kesmek için kullanılabilir, özellikle metaller, polimerik malzemeler (plastikler), seramik malzemeler, gözlük, yarı iletkenler, ve kristalize dielektrik malzemeler (elmaslar dahil). Ara sıra, belirgin şekilde farklı malzemeleri işlemek için benzer bir lazer sistemi kullanılabilir.

Tıbbi Kullanımlar

Femtosaniye teknolojisi tıpta sıklıkla kullanılmaktadır., çoğunlukla femtosaniye lazer cerrahisi için optik sistemde. Çeşitli endüstrilerde sıvı soğutma sistemlerinin kullanımı arttı, femtosaniye darbeleri artık etkili lens pozisyonunda sıklıkla kullanılmaktadır., göz ameliyatı (görüş düzeltme), Femto-LASIK veya Lens değiştirme ameliyatı gibi. İnanılmaz derecede küçük darbe sürelerinin işe yaradığı başka bir uygulamadır.. Diğer birçok tıbbi kullanımda, femtosaniye lazerler tıbbi teşhis için kullanılır. Lazer mikroskopi teknikleri bu bağlamda çok faydalıdır..

Fazla kornea çevresindeki dokuyu çıkarmak için lazer teknolojisi kullanıldıktan sonra, femtosaniye lazer teknolojisi, daha hassas intrastromal doku kontrolü ve eliminasyonu sağlamak için kullanıldı. Femtosaniye lazer platformları, kornea cerrahisine dayalı çeşitli terapötik faydalar sunar. Femtosaniye lazer gerçekten de oftalmolojide refraktif prosedürlerin hassas bir şekilde konumlandırılmasını sağlamıştır., ancak birçoğu yeni klinik sonuçların büyümesini hevesle bekliyor.

Başlamak için, femtosaniye lazer yardımlı katarakt cerrahisi kabul edilebilirliğe yaklaşıyor, şimdi güvenliğini ve etkinliğini inceleyen çok sayıda cerrahla. Hastanın gözünü cihazın hemen altında değerlendirmek için femtosaniye lazer platformuna teşhis araçları da dahil ediliyor.. Bu refraktif prosedür, kritik kornea özelliklerini toplar, kornea kalınlığı gibi, göz kenetlenirken, göz ameliyatının belirtilen bölge ile sınırlı olmasını sağlamak.

Lazer Mikroskopi

Femtosaniye lazer destekli uygulamalar da lazer mikroskobunda son derece önemli hale geliyor, floresan görüntüleme gibi. Bu durumda, çoklu foton uyarımı (çoklu foton soğurmaya bağlı olarak) yaygın olarak kullanılır, ve oldukça küçük nabız süreleri tercih edilir. Uyarılmış Raman spektroskopisi de kullanılabilir.

ölçümler

Femtosaniye lazerler çok çeşitli ölçümler için kullanılabilir. Mevcut optik saatlerde çok önemlidirler, Örneğin, Son derece güvenilir bir frekans standardı olarak işlev görmenin yanı sıra, birkaç farklı optik ve mikrodalga frekansı arasında faz uyumlu bir bağlantı oluşturan görsel bir saat mekanizması olarak işlev görür..

Birkaç boyut kullanımı vardır, LIDAR mesafe tahmini gibi, interferometri, ve femtosaniye lazer destekli kullanımda pompa-prob boyutları. İkinci teknik, femtosaniye lazer platformları kullanılarak ultra hızlı aktivitelerin araştırılmasını sağlar., kimya ve biyokimyada görülenler gibi.

telekomünikasyon

Femtosaniye lazerler, fiber optik iletişim sistemlerinde çeşitli yöntemlerde kullanılabilir.. Bant genişliği femtosaniye darbelerinin spektrum bölünmesiyle, Örneğin, oldukça büyük bir kanal kapasitesi ile yoğun dalga boyu bölmeli çoğullama oluşturmak mümkündür. (sıklıkla >1000). Üstelik, zaman bölmeli çoğullamayı kullanma, olağanüstü büyük veri hızlarına ulaşılabilir. >1 Tbit/s.

Çözüm

Femtosaniye lazer teknolojisinin evrimi, çeşitli endüstrilerde kullanım kapasitesini artırdı.. Son teknoloji bir teknik olarak, femtosaniye lazer teknolojisi, çeşitli tıbbi ortamlarda çeşitli avantajlar sağlar. Mükemmel güvenilirliğe sahip endüstriyel femtosaniye lazerlerin sürekli gelişimi ve güçlendirilmesi ile, daha geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılacaklar.