Femtosekundinių lazerių technologijos kūrimas ir taikymas
2021-12-15
Kadangi Maman pirmą kartą gavo lazerio impulsų išvestį 1960 m., žmogaus lazerio impulso pločio suspaudimo procesą galima apytiksliai suskirstyti į tris etapus: Q perjungimo technologijos etapą, režimo užrakinimo technologijos etapą ir čirpiojo impulso stiprinimo technologijos etapą. Chirped impulsų stiprinimas (CPA) yra nauja technologija, sukurta siekiant įveikti savaiminio fokusavimo efektą, kurį sukuria kietojo kūno lazerinės medžiagos femtosekundinės lazerio stiprinimo metu. Pirmiausia jis suteikia itin trumpus impulsus, generuojamus režimu užblokuotų lazerių. „Teigiamas čirpimas“, išplėskite impulso plotį iki pikosekundžių ar net nanosekundžių, kad sustiprintumėte, o tada naudokite čirpimo kompensavimo (neigiamo čirpimo) metodą, kad suspaustumėte impulso plotį, kai gaunamas pakankamas energijos stiprinimas. Didelę reikšmę turi femtosekundinių lazerių tobulinimas. Prieš 1990 m.femtosekundinis lazerisimpulsai buvo gauti naudojant dažų lazerio režimo fiksavimo technologiją su plačiu stiprinimo pralaidumu. Tačiau dažų lazerio priežiūra ir valdymas yra labai sudėtingas, o tai riboja jo taikymą. Pagerėjus Ti: Safyro kristalų kokybei, trumpesni kristalai taip pat gali būti naudojami, kad būtų pakankamai didelis padidėjimas, kad būtų pasiektas trumpas impulsinis virpesys. 1991 m. Spence ir kt. pirmą kartą sukūrė savaiminio režimo blokuojamą Ti:Sapphire femtosekundinį lazerį. Sėkmingas 60 fs impulso pločio Ti: Sapphire femtosekundinio lazerio sukūrimas labai paskatino femtosekundinių lazerių taikymą ir plėtrą. 1994 m. buvo naudojama čirpiojo impulso stiprinimo technologija, norint gauti mažesnius nei 10 fs lazerio impulsus, šiuo metu naudojant Kerr objektyvo savaiminio režimo fiksavimo technologiją, optinio parametrinio čirpiamo impulso stiprinimo technologiją, ertmės ištuštinimo technologiją, kelių praėjimų stiprinimo technologiją ir kt. gali padaryti lazerį Impulso plotis suspaudžiamas iki mažesnio nei 1fs, kad patektų į atosekundės sritį, o didžiausia lazerio impulso galia taip pat padidinama nuo teravatų (1TW=10^12W) iki petavatų (1PW=10^15W). Šie dideli proveržiai lazerių technologijų srityje paskatino didelius ir nuodugnius pokyčius daugelyje sričių. Fizikos srityje ypač didelio intensyvumo elektromagnetinis laukas, kurį sukuria femtosekundinis lazeris, gali generuoti reliatyvistinius neutronus, taip pat gali tiesiogiai manipuliuoti atomais ir molekulėmis. Staliniame branduolių sintezės lazeriniame įrenginyje femtosekundinis lazerio impulsas naudojamas deuterio-tričio molekulinėms sankaupoms apšvitinti. Jis gali inicijuoti branduolių sintezės reakciją ir pagaminti daug neutronų. Kai femtosekundinis lazeris sąveikauja su vandeniu, jis gali sukelti vandenilio izotopo deuterio branduolių sintezės reakciją, kuri generuoja didžiulį energijos kiekį. Naudojant femtosekundinius lazerius branduolių sintezei valdyti, galima gauti kontroliuojamos branduolių sintezės energijos. Visatos fizikos laboratorijoje didelio energijos tankio plazma, sukurta itin didelio intensyvumo femtosekundžių lazerių šviesos impulsais, gali atkurti vidinius Paukščių Tako ir žvaigždžių reiškinius žemėje. Taikant femtosekundžių laiko skyros metodą galima aiškiai stebėti nanoerdvėje esančių molekulių ir jų vidinių elektroninių būsenų pokyčius femtosekundžių laiko skalėje. Biomedicinos srityje dėl didelės femtosekundinių lazerių didžiausios galios ir galios tankio sąveikaujant su įvairiomis medžiagomis dažnai sukeliami įvairūs nelinijiniai efektai, tokie kaip daugiafotoninė jonizacija ir savaiminio fokusavimo efektai. Tuo pačiu metu femtosekundinio lazerio ir biologinių audinių sąveikos laikas yra nereikšmingas, palyginti su biologinių audinių terminio atsipalaidavimo laiku (ns eilės). Biologiniams audiniams temperatūros kilimas keliais laipsniais taps spaudimo banga nervams. Ląstelės sukelia skausmą ir šilumos žalą ląstelėms, todėl femtosekundiniu lazeriu galima pasiekti neskausmingą ir nešildomą gydymą. Femtosekundinis lazeris turi mažos energijos, mažos žalos, didelio tikslumo ir griežto padėties nustatymo trimatėje erdvėje privalumus, kurie gali maksimaliai patenkinti specialius biomedicinos srities poreikius. Femtosekundiniu lazeriu gydomi dantys, siekiant gauti švarius ir tvarkingus kanalus be jokių briaunų pažeidimų, išvengiant mechaninio ir šiluminio streso, kurį sukelia ilgų impulsų lazeriai (pvz., Er:YAG), kalcifikacijos, įtrūkimų ir šiurkščių paviršių įtakos. Kai femtosekundinis lazeris taikomas smulkiam biologinių audinių pjovimui, plazmos liuminescencija femtosekundiniam lazeriui sąveikaujant su biologiniais audiniais gali būti analizuojama spektru, identifikuojamas kaulinis ir kremzlės audinys, kad būtų galima nustatyti ir kontroliuoti reikalingas chirurginio gydymo procese Pulso energija. Ši technika turi didelę reikšmę nervų ir stuburo chirurgijai. Femtosekundiniu lazeriu, kurio bangos ilgių diapazonas yra 630–1053 nm, galima atlikti saugų, švarų, didelio tikslumo neterminį chirurginį žmogaus smegenų audinio pjovimą ir abliaciją. Femtosekundinis lazeris, kurio bangos ilgis yra 1060 nm, impulso plotis 800 fs, impulsų pasikartojimo dažnis 2 kHz ir impulso energija 40 μJ, gali atlikti švarias, didelio tikslumo ragenos pjovimo operacijas. Femtosekundinis lazeris neturi terminio pažeidimo savybių, o tai turi didelę reikšmę lazerinei miokardo revaskuliarizacijai ir lazerinei angioplastikai. 2002 m. Hanoverio lazerių centras Vokietijoje panaudojo femtosekundinį lazerį, kad užbaigtų kraujagyslių stento struktūros proveržį ant naujos polimerinės medžiagos. Palyginti su ankstesniu nerūdijančio plieno stentu, šis kraujagyslių stentas turi gerą biologinį ir biologinį suderinamumą. Degradacija turi didelę reikšmę gydant koronarinę širdies ligą. Atliekant klinikinius tyrimus ir biologinius tyrimus, femtosekundinė lazerio technologija gali automatiškai mikroskopiniu lygiu nupjauti biologinius organizmų audinius ir gauti didelės raiškos trimačius vaizdus. Ši technologija turi didelę reikšmę diagnozuojant ir gydant vėžį bei tiriant gyvūnų 368 genetines mutacijas. Genų inžinerijos srityje. 2001 metais vokietis K.Konig naudojo Ti:Sapphirefemtosekundinis lazerisatlikti nanoskalės operacijas su žmogaus DNR (chromosomomis) (minimalus pjovimo plotis 100nm). 2002 metais U.irlapur ir Koing naudojo afemtosekundinis lazeriskad vėžinės ląstelės membranoje susidarytų grįžtamoji mikropora, o po to pro šią skylutę į ląstelę leido patekti DNR. Vėliau pačios ląstelės augimas uždarė skylę, taip sėkmingai pasiekdamas genų perdavimą. Šios technikos pranašumai yra didelis patikimumas ir geras transplantacijos efektas, be to, jis yra labai svarbus persodinant svetimą genetinę medžiagą į įvairias ląsteles, įskaitant kamienines ląsteles. Ląstelių inžinerijos srityje femtosekundiniai lazeriai naudojami nanochirurginėms operacijoms atlikti gyvose ląstelėse nepažeidžiant ląstelės membranos. Šios femtosekundinės lazerio operacijos turi teigiamą reikšmę genų terapijos, ląstelių dinamikos, ląstelių poliškumo, atsparumo vaistams, skirtingų ląstelių komponentų ir tarpląstelinės heterogeninės struktūros tyrimams. Optinio pluošto ryšio srityje puslaidininkinių optoelektroninių prietaisų medžiagų reakcijos laikas yra „kliūtis“, ribojanti itin komercinį spartos optinio pluošto ryšį. Taikant femtosekundinę koherentinio valdymo technologiją, puslaidininkinių optinių jungiklių greitis pasiekia 10000Gbit/s, o tai pagaliau gali pasiekti teorinę kvantinės mechanikos ribą. . Be to, Furjė bangos formos formavimo femtosekundinių lazerio impulsų technologija yra taikoma didelės talpos optiniams ryšiams, tokiems kaip laiko padalijimas, bangos ilgio tankinimas ir daugkartinė prieiga prie kodo dalijimo, ir galima gauti 1 Tbit/s duomenų perdavimo spartą. Itin smulkaus apdorojimo srityje stiprus savaiminio fokusavimo efektasfemtosekundinis lazerisDėl impulsų permatomoje terpėje lazerio židinio taškas yra mažesnis už difrakcijos ribą, todėl skaidrios medžiagos viduje susidaro mikrosprogimai, suformuojant stereo pikselius, kurių skersmuo mažesnis nei mikronų. Naudojant šį metodą, galima atlikti didelio tankio trimatę optinę atmintį, o saugojimo tankis gali siekti 10^12 bitų/cm3. Ir gali greitai nuskaityti, rašyti duomenis ir atlikti lygiagrečią duomenų atsitiktinę prieigą. Tarp gretimų duomenų bitų sluoksnių skersinis pokalbis yra labai mažas, o trimatės saugojimo technologija tapo nauja tyrimų kryptimi kuriant dabartinę masinės atminties technologiją. Optiniai bangolaidžiai, pluošto skirstytuvai, jungtys ir kt. yra pagrindiniai integruotos optikos optiniai komponentai. Kompiuteriu valdomoje apdorojimo platformoje naudojant femtosekundinius lazerius, bet kokios formos dvimačius ir trimačius optinius bangolaidžius galima pagaminti bet kurioje medžiagos viduje. , Spindulio skirstytuvas, jungtis ir kiti fotoniniai įrenginiai ir gali būti sujungti su standartiniu optiniu pluoštu, naudojant femtosekundinį lazerį taip pat galima sukurti 45 ° mikroveidrodį šviesai jautraus stiklo viduje, o dabar buvo pagaminta optinė grandinė, sudaryta iš 3 vidinių mikroveidrodėlių. , Gali pasukti spindulį 270° 4mmx5mm plote. Moksliškiau kalbant, Jungtinių Valstijų mokslininkai neseniai panaudojo femtosekundinius lazerius, kad sukurtų 1 cm ilgio optinį bangolaidį, kuris gali generuoti 3 dB/cm signalo stiprinimą netoli 1062 nm. Fiber Bragg grotelės pasižymi efektyviomis dažnio pasirinkimo charakteristikomis, yra lengvai sujungtos su šviesolaidžio ryšio sistema ir turi mažus nuostolius. Todėl jis pasižymi turtingomis perdavimo charakteristikomis dažnių srityje ir tapo šviesolaidinių įrenginių tyrimų tašku. 2000 m. Kawamora K ir kt. pirmą kartą panaudojo dvi infraraudonųjų spindulių femtosekundžių lazerines interferometrijas, kad gautų paviršiaus reljefo holografines groteles. Vėliau, tobulėjant gamybos technologijai ir technologijoms, Mihaiby 2003 m. S ir kt. naudojo Ti:Sapphire femtosekundinius lazerio impulsus kartu su nulinės eilės fazinėmis plokštėmis, kad gautų atspindinčias Bragg groteles ryšio skaidulų šerdyje. Jis turi aukštą lūžio rodiklio moduliavimo diapazoną ir gerą temperatūros stabilumą. Fotoninis kristalas yra dielektrinė struktūra, kuri periodiškai moduliuoja lūžio rodiklį erdvėje, o jo kitimo periodas yra tokio paties dydžio kaip ir šviesos bangos ilgis. Fotoninių kristalų įtaisas yra visiškai naujas įrenginys, valdantis fotonų sklidimą ir tapęs fotonikos srities tyrimų tašku. 2001 m. Sun H B ir kt. naudojo femtosekundinius lazerius, kad pagamintų fotoninius kristalus su savavališkomis gardelėmis germaniu legiruotame silicio dioksido stikle, kuris gali individualiai pasirinkti atskirus atomus. 2003 m. Serbin J ir kt. naudojo femtosekundinį lazerį, kad sukeltų neorganinių ir organinių hibridinių medžiagų dviejų fotonų polimerizaciją, kad gautų trimates mikrostruktūras ir fotoninius kristalus, kurių struktūros dydis yra mažesnis nei 200 nm ir 450 nm periodas. Femtosekundiniai lazeriai pasiekė proveržio rezultatų mikrofotoninių prietaisų apdorojimo srityje, todėl kryptinės jungtys, dažnių juostos filtrai, multiplekseriai, optiniai jungikliai, bangos ilgio keitikliai ir moduliatoriai gali būti apdorojami „lustu“. Galimos plokštumos šviesos bangos kilpos su kitais komponentais. Padėjo pagrindą fotoniniams įrenginiams pakeisti elektroninius prietaisus. Fotokaukės ir litografijos technologija yra pagrindinė technologija mikroelektronikos srityje, tiesiogiai susijusi su integrinių grandynų gaminių kokybe ir gamybos efektyvumu. Fotokaukės defektams taisyti galima naudoti femtosekundinius lazerius, o taisytas linijos plotis gali siekti mažesnį nei 100 nm tikslumą. Thefemtosekundinis lazerisTiesioginio rašymo technologija gali būti naudojama greitai ir efektyviai pagaminti aukštos kokybės fotokaukes. Šie rezultatai labai svarbūs mikro Elektroninių technologijų plėtra yra labai reikšminga.
Autoriaus teisės @ 2020 „Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd.“ – Kinijos šviesolaidiniai moduliai, šviesolaidinių lazerių gamintojai, lazerių komponentų tiekėjai. Visos teisės saugomos.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
