Femtosekundilise lasertehnoloogia arendamine ja rakendamine
2021-12-15
Kuna Maman sai esmakordselt laserimpulsi väljundi 1960. aastal, võib laserimpulsi laiuse kokkusurumise protsessi jagada laias laastus kolmeks etapiks: Q-lülitustehnoloogia etapp, režiimi lukustamise tehnoloogia etapp ja piiksuva impulsi võimendamise tehnoloogia etapp. Chirped impulss amplification (CPA) on uus tehnoloogia, mis on välja töötatud tahkislasermaterjalide poolt femtosekundilise laservõimenduse ajal tekkiva iseteravustamise efekti ületamiseks. Esiteks pakub see režiimilukuga laserite poolt genereeritud ülilühikesi impulsse. "Positiivne chirp", laiendage impulsi laiust pikosekunditeks või isegi nanosekunditeks võimendamiseks ja seejärel kasutage piiksumise kompenseerimise (negatiivne chirp) meetodit impulsi laiuse tihendamiseks pärast piisava energiavõimenduse saamist. Femtosekundiliste laserite arendamine on väga oluline. Enne 1990.femtosekundiline laserimpulsid saadi värvilise laserrežiimi lukustustehnoloogia abil, millel on lai ribalaius. Värvlaseri hooldus ja juhtimine on aga äärmiselt keeruline, mis piirab selle kasutamist. Ti:safiirkristallide kvaliteedi paranemisega saab kasutada ka lühemaid kristalle, et saada piisavalt kõrgeid võimendusi, et saavutada lühike impulssvõnkumine. 1991. aastal kirjutasid Spence jt. arendas esimest korda iserežiimi lukustatud Ti:Sapphire femtosekundilise laseri. 60fs impulsi laiusega Ti:Sapphire femtosekundilise laseri edukas väljatöötamine soodustas oluliselt femtosekundiliste laserite rakendamist ja arendamist. 1994. aastal kasutati piiksutatud impulsi võimendustehnoloogiat laserimpulsside saamiseks alla 10fs, praegu Kerri objektiivi iserežiimi lukustustehnoloogia, optilise parameetrilise piiksutatud impulsi võimendustehnoloogia, õõnsuste tühjendamise tehnoloogia, mitmekäigulise võimendustehnoloogia jne abil. saab teha laserit. Impulsi laius surutakse kokku alla 1fs, et siseneda attosekundi domeeni, ja samuti suurendatakse laserimpulsi tippvõimsust teravatilt (1TW=10^12W) petavatini (1PW=10^15W). Need lasertehnoloogia suured läbimurded on paljudes valdkondades vallandanud ulatuslikud ja põhjalikud muutused. Füüsika valdkonnas võib femtosekundilise laseri tekitatud ülikõrge intensiivsusega elektromagnetväli tekitada relativistlikke neutroneid ning samuti saab otseselt manipuleerida aatomite ja molekulidega. Lauaarvuti tuumasünteesi laserseadmel kasutatakse deuteeriumi-triitiumi molekulaarklastrite kiiritamiseks femtosekundilist laserimpulssi. See võib algatada tuumasünteesi reaktsiooni ja tekitada suure hulga neutroneid. Kui femtosekundiline laser suhtleb veega, võib see põhjustada vesiniku isotoobi deuteeriumi tuumasünteesi reaktsiooni, tekitades tohutul hulgal energiat. Femtosekundiliste laserite kasutamine tuumasünteesi juhtimiseks võib saada kontrollitavat tuumasünteesienergiat. Universumi füüsikalaboris suudab femtosekundiliste laserite ülikõrge intensiivsusega valgusimpulssidega genereeritud suure energiatihedusega plasma reprodutseerida Linnutee sisemisi nähtusi ja maapinnal olevaid tähti. Femtosekundi aja lahutusmeetodiga saab selgelt jälgida nanoruumi paigutatud molekulide ja nende siseelektrooniliste olekute muutusi femtosekundite ajaskaalal. Biomeditsiini valdkonnas tekivad femtosekundiliste laserite suure tippvõimsuse ja võimsustiheduse tõttu sageli erinevate materjalidega suhtlemisel mitmesugused mittelineaarsed efektid, nagu multifotoni ionisatsioon ja iseteravustamise efektid. Samas on femtosekundilise laseri ja bioloogiliste kudede vaheline interaktsiooniaeg tähtsusetu võrreldes bioloogiliste kudede termilise relaksatsiooni ajaga (ns suurusjärgus). Bioloogiliste kudede puhul muutub paarikraadine temperatuuritõus närvidele survelaineks. Rakud tekitavad rakkudele valu ja kuumakahjustusi, nii et femtosekundilise laseriga on võimalik saavutada valutu ja kuumusevaba ravi. Femtosekundlaseri eelisteks on madal energia, väikesed kahjustused, suur täpsus ja range positsioneerimine kolmemõõtmelises ruumis, mis suudab biomeditsiini valdkonna erivajadusi suurimal määral rahuldada. Femtosekundlaserit kasutatakse hammaste töötlemiseks, et saada puhtad ja korras kanalid ilma servakahjustusteta, vältides pikkade impulsslaserite (nt Er:YAG) põhjustatud mehaanilise pinge ja termilise pinge mõju, lupjumist, pragusid ja karedaid pindu. Kui femtosekundlaserit rakendatakse bioloogiliste kudede peenlõikamiseks, saab plasma luminestsentsi femtosekundilise laseri ja bioloogiliste kudede interaktsiooni ajal analüüsida spektri abil ning tuvastada luu- ja kõhrekoe, et määrata ja kontrollida on vajalik kirurgilise ravi protsessis Pulsienergia. See tehnika on närvi- ja lülisambakirurgia jaoks väga oluline. Femtosekundiline laser lainepikkuse vahemikuga 630–1053 nm võib teostada ohutut, puhast ja ülitäpset inimese ajukoe mittetermilist kirurgilist lõikamist ja ablatsiooni. Femtosekundiline laser lainepikkusega 1060 nm, impulsi laiusega 800 fs, impulsi kordussagedusega 2 kHz ja impulsi energiaga 40 μJ suudab teostada puhtaid ja ülitäpseid sarvkesta lõikamisoperatsioone. Femtosekundilisel laseril on termilise kahjustuse puudumine, mis on müokardi laserrevaskularisatsiooni ja laserangioplastika jaoks väga oluline. 2002. aastal kasutas Hannoveri laserikeskus Saksamaal femtosekundilist laserit, et viia lõpule vaskulaarse stendi struktuuri murranguline tootmine uuel polümeermaterjalil. Võrreldes eelmise roostevabast terasest stendiga on sellel veresoontestendil hea biosobivus ja bioloogiline ühilduvus. Lagunevusel on suur tähtsus südame isheemiatõve ravis. Kliinilistes testides ja biotestides saab femtosekundilise lasertehnoloogia abil automaatselt lõigata organismide bioloogilisi kudesid mikroskoopilisel tasemel ja saada kõrglahutusega kolmemõõtmelisi pilte. Sellel tehnoloogial on suur tähtsus vähi diagnoosimisel ja ravil ning loomade 368 geneetiliste mutatsioonide uurimisel. Geenitehnoloogia valdkonnas. 2001. aastal kasutas sakslane K.Konig Ti:Sapphirefemtosekundiline laserteha nanomõõtmelisi operatsioone inimese DNA-ga (kromosoomidega) (minimaalne lõikelaius 100nm). 2002. aastal kasutasid U.irlapur ja Koing afemtosekundiline laserteha vähiraku membraani pöörduv mikropoor ja seejärel lasta DNA-l selle augu kaudu rakku siseneda. Hiljem sulges raku enda kasv augu, saavutades nii edukalt geeniülekande. Selle tehnika eelisteks on kõrge töökindlus ja hea siirdamisefekt ning sellel on suur tähtsus võõra geneetilise materjali siirdamisel erinevatesse rakkudesse, sealhulgas tüvirakkudesse. Rakutehnoloogia valdkonnas kasutatakse femtosekundeid lasereid nano-kirurgia operatsioonide saavutamiseks elusrakkudes rakumembraani kahjustamata. Need femtosekundilised laseroperatsiooni tehnikad omavad positiivset tähtsust geeniteraapia, rakudünaamika, raku polaarsuse, ravimiresistentsuse ning rakkude erinevate komponentide ja subtsellulaarse heterogeense struktuuri uurimisel. Kiudoptilise side valdkonnas on pooljuhtide optoelektrooniliste seadmete materjalide reaktsiooniaeg "pudelikael", mis piirab ülikommertsliku kiirusega kiudoptilist sidet. Femtosekundilise koherentse juhtimistehnoloogia rakendamine muudab pooljuhtoptiliste lülitite kiiruse 10000Gbit/s, mis võib lõpuks jõuda kvantmehaanika teoreetilise piirini. . Lisaks kasutatakse femtosekundiliste laserimpulsside Fourier' lainekuju kujundamise tehnoloogiat suure võimsusega optilises sides, nagu ajajaotusega multipleksimine, lainepikkusjaotusega multipleksimine ja koodijaotusega mitmikjuurdepääs ning andmeedastuskiirus on 1Tbit/s. Ülipeene töötlemise valdkonnas on tugev iseteravustav toimefemtosekundiline laserimpulsid läbipaistvas keskkonnas muudavad laseri fookuspunkti difraktsioonipiirist väiksemaks, põhjustades läbipaistva materjali sees mikroplahvatusi, moodustades stereopikslid, mille läbimõõt on väiksem kui mikroni. Seda meetodit kasutades saab teostada suure tihedusega kolmemõõtmelist optilist salvestust ja salvestustihedus võib ulatuda 10^12 bitti/cm3. Ja suudab realiseerida kiire andmete lugemise, kirjutamise ja paralleelse andmete juhusliku juurdepääsu. Ristkõne külgnevate andmebitikihtide vahel on väga väike ja kolmemõõtmelisest salvestustehnoloogiast on saanud uus uurimissuund praeguse massmälutehnoloogia arendamisel. Optilised lainejuhid, kiirjaoturid, sidurid jne on integreeritud optika põhilised optilised komponendid. Kasutades femtosekundeid lasereid arvutiga juhitaval töötlusplatvormil, saab materjali sees mis tahes kohas valmistada mis tahes kujuga kahe- ja kolmemõõtmelisi optilisi lainejuhte. , Kiirjaotur, sidur ja muud fotoonilised seadmed ning neid saab ühendada standardse optilise kiuga, kasutades femtosekundilist laserit, saab teha ka 45 ° mikropeegli valgustundliku klaasi sees ja nüüd on toodetud optiline ahel, mis koosneb 3 sisemisest mikropeeglist. , Saab panna tala 4mmx5mm piirkonnas 270° pöörlema. Teaduslikumalt on Ameerika Ühendriikide teadlased hiljuti kasutanud femtosekundeid lasereid, et luua 1 cm pikkune võimendusvõimendus optiline lainejuht, mis suudab genereerida signaali võimenduse 3 dB/cm lainepikkusel 1062 nm. Fiber Braggi restil on tõhusad sageduse valiku omadused, seda on lihtne ühendada kiudkommunikatsioonisüsteemiga ja selle kadu on väike. Seetõttu on sellel sageduspiirkonnas rikkalikud ülekandeomadused ja sellest on saanud fiiberoptiliste seadmete uurimistöökoht. 2000. aastal Kawamora K et al. kasutas esimest korda pinnareljeefsete holograafiliste võre saamiseks kahte infrapuna-femtosekundilist laserinterferomeetrit. Hiljem, tootmistehnoloogia ja -tehnoloogia arenedes, 2003. aastal Mihaiby. S et al. kasutas Ti:Sapphire femtosekundi laserimpulsse kombineerituna nulljärku faasiplaatidega, et saada sidekiudude südamikule peegeldavad Braggi võred. Sellel on kõrge murdumisnäitaja modulatsioonivahemik ja hea temperatuuristabiilsus. Fotoonkristall on dielektriline struktuur, mille murdumisnäitaja ruumis moduleerub perioodiliselt ja selle muutumisperiood on samas suurusjärgus valguse lainepikkusega. Fotoonkristallseade on täiesti uus seade, mis kontrollib footonite levikut ja millest on saanud fotoonika valdkonna uurimistöö koht. 2001. aastal avaldasid Sun H B jt. kasutas femtosekundeid lasereid suvaliste võretega fotooniliste kristallide valmistamiseks germaaniumiga legeeritud ränidioksiidklaasist, mis suudab üksikuid aatomeid individuaalselt valida. 2003. aastal tegid Serbin J et al. kasutas femtosekundilist laserit anorgaaniliste-orgaaniliste hübriidmaterjalide kahe fotoni polümerisatsiooni esilekutsumiseks, et saada kolmemõõtmelisi mikrostruktuure ja fotoonkristalle struktuuri suurusega alla 200 nm ja perioodiga 450 nm. Femtosekundilised laserid on saavutanud läbimurdelisi tulemusi mikrofotooniliste seadmete töötlemise vallas, nii et suundpistikuid, ribapääsfiltreid, multipleksereid, optilisi lüliteid, lainepikkuse muundureid ja modulaatoreid saab töödelda "kiibil". Võimalikud on tasapinnalised valguslainete silmused koos teiste komponentidega. Pani aluse fotoonilistele seadmetele, mis asendaksid elektroonikaseadmeid. Fotomaski- ja litograafiatehnoloogia on mikroelektroonika valdkonna võtmetehnoloogia, mis on otseselt seotud integraallülitustoodete kvaliteedi ja tootmise efektiivsusega. Fotomaski defektide parandamiseks saab kasutada femtosekundeid lasereid ning parandatud joone laius võib ulatuda täpsuseni alla 100nm. Thefemtosekundiline laserotsekirjutustehnoloogiat saab kasutada kvaliteetsete fotomaskide kiireks ja tõhusaks valmistamiseks. Need tulemused on mikro jaoks väga olulised Elektroonilise tehnoloogia areng on väga oluline.
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
