Femtosaniye lazer teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanması
2021-12-15
Maman ilk kez 1960 yılında lazer darbe çıktısı elde ettiğinden, lazer darbe genişliğinin insan tarafından sıkıştırılması süreci kabaca üç aşamaya ayrılabilir: Q-anahtarlama teknolojisi aşaması, mod kilitleme teknolojisi aşaması ve cıvıl cıvıl darbe amplifikasyon teknolojisi aşaması. Chirped pulse amplification (CPA), femtosaniye lazer amplifikasyonu sırasında katı hal lazer malzemelerinin oluşturduğu kendi kendine odaklanma etkisinin üstesinden gelmek için geliştirilmiş yeni bir teknolojidir. İlk önce mod kilitli lazerler tarafından üretilen ultra kısa darbeler sağlar. "Pozitif chirp", amplifikasyon için darbe genişliğini pikosaniyelere ve hatta nanosaniyelere genişletin ve ardından yeterli enerji amplifikasyonu elde ettikten sonra darbe genişliğini sıkıştırmak için chirp telafisi (negatif chirp) yöntemini kullanın. Femtosaniye lazerlerin gelişimi büyük önem taşımaktadır. 1990'dan önce,femtosaniye lazerdarbeler boya lazer modu kilitleme teknolojisi kullanılarak geniş kazanç bant genişliği ile elde edilmiştir. Bununla birlikte, boya lazerinin bakımı ve yönetimi, uygulamasını sınırlayan son derece karmaşıktır. Ti:Safir kristallerinin kalitesinin iyileştirilmesiyle, kısa darbe salınımı elde etmek için yeterince yüksek kazanç elde etmek için daha kısa kristaller de kullanılabilir. 1991 yılında Spence ve ark. ilk kez kendi kendine mod kilitli bir Ti:Sapphire femtosaniye lazer geliştirdi. 60fs darbe genişliğine sahip bir Ti:Sapphire femtosaniye lazerinin başarılı bir şekilde geliştirilmesi, femtosaniye lazerlerin uygulanmasını ve geliştirilmesini büyük ölçüde destekledi. 1994 yılında, 10fs'den daha düşük lazer darbeleri elde etmek için cıvıl cıvıl darbe amplifikasyon teknolojisinin kullanımı, şu anda Kerr lens kendi kendine mod kilitleme teknolojisi, optik parametrik cıvıl cıvıl darbe amplifikasyon teknolojisi, boşluk boşaltma teknolojisi, çok geçişli amplifikasyon teknolojisi vb. lazer yapabilir Darbe genişliği, attosaniye alanına girmek için 1fs'den daha az sıkıştırılır ve lazer darbesinin tepe gücü de terawatt'tan (1TW=10^12W) petawatt'a (1PW=10^15W) yükseltilir. Lazer teknolojisindeki bu büyük atılımlar, birçok alanda kapsamlı ve derinlemesine değişiklikleri tetiklemiştir. Fizik alanında, femtosaniye lazer tarafından üretilen ultra yüksek yoğunluklu elektromanyetik alan, göreli nötronlar üretebilir ve ayrıca atomları ve molekülleri doğrudan manipüle edebilir. Bir masaüstü nükleer füzyon lazer cihazında, döteryum-trityum moleküler kümelerini ışınlamak için bir femtosaniye lazer darbesi kullanılır. Bir nükleer füzyon reaksiyonu başlatabilir ve çok sayıda nötron üretebilir. Femtosaniye lazer su ile etkileşime girdiğinde, hidrojen izotop döteryumunun nükleer bir füzyon reaksiyonuna girmesine neden olarak büyük miktarda enerji üretebilir. Nükleer füzyonu kontrol etmek için femtosaniye lazerleri kullanmak, kontrol edilebilir nükleer füzyon enerjisi elde edebilir. Evren Fizik Laboratuvarı'nda, femtosaniye lazerlerin ultra yüksek yoğunluklu ışık darbeleri tarafından üretilen yüksek enerji yoğunluklu plazma, Samanyolu'nun ve yerdeki yıldızların iç fenomenlerini yeniden üretebilir. Femtosaniye zaman çözünürlüğü yöntemi, nano uzaya yerleştirilen moleküllerin değişimlerini ve iç elektronik durumlarını femtosaniye cinsinden zaman ölçeğinde açıkça gözlemleyebilir. Biyotıp alanında, femtosaniye lazerlerin yüksek tepe gücü ve güç yoğunluğu nedeniyle, çeşitli malzemelerle etkileşime girdiğinde genellikle multifoton iyonizasyonu ve kendi kendine odaklanma etkileri gibi çeşitli doğrusal olmayan etkilere neden olur. Aynı zamanda femtosaniye lazer ile biyolojik dokular arasındaki etkileşim süresi, biyolojik dokuların termal gevşeme süresi ile karşılaştırıldığında (ns sırasına göre) önemsizdir. Biyolojik dokular için, birkaç derecelik bir sıcaklık artışı, sinirlere giden bir basınç dalgasına dönüşecektir. Hücreler hücrelerde ağrı ve ısı hasarı üretir, böylece femtosaniye lazer ağrısız ve ısısız tedavi sağlayabilir. Femtosaniye lazer, biyomedikal alanın özel ihtiyaçlarını büyük ölçüde karşılayabilen üç boyutlu uzayda düşük enerji, küçük hasar, yüksek doğruluk ve sıkı konumlandırma avantajlarına sahiptir. Femtosaniye lazer, uzun darbeli lazerlerin (Er:YAG gibi) neden olduğu mekanik stres ve termal stresin, kireçlenmenin, çatlakların ve pürüzlü yüzeylerin etkisinden kaçınarak, herhangi bir kenar hasarı olmadan temiz ve düzenli kanallar elde etmek için dişleri tedavi etmek için kullanılır. Biyolojik dokuların ince kesimine femtosaniye lazer uygulandığında, femtosaniye lazerin biyolojik dokularla etkileşimi sırasında plazma ışıldaması spektrumla analiz edilebilir ve kemik dokusu ve kıkırdak dokusu tanımlanabilir, böylece neyin ne olduğunu belirlemek ve kontrol etmek için. Cerrahi tedavi sürecinde ihtiyaç duyulan Nabız enerjisidir. Bu teknik sinir ve omurga cerrahisi için büyük önem taşımaktadır. 630-1053nm dalga boyu aralığına sahip femtosaniye lazer, insan beyin dokusunun güvenli, temiz, yüksek hassasiyetli termal olmayan cerrahi kesimini ve ablasyonunu gerçekleştirebilir. 1060nm dalga boyuna, 800fs darbe genişliğine, 2kHz darbe tekrarlama frekansına ve 40μJ darbe enerjisine sahip bir femtosaniye lazer temiz, yüksek hassasiyetli kornea kesme operasyonları gerçekleştirebilir. Femtosaniye lazer, lazer miyokardiyal revaskülarizasyon ve lazer anjiyoplasti için büyük önem taşıyan termal hasar vermeme özelliklerine sahiptir. 2002'de Almanya'daki Hannover Lazer Merkezi, yeni bir polimer malzeme üzerinde vasküler stent yapısının çığır açan üretimini tamamlamak için bir femtosaniye lazer kullandı. Önceki paslanmaz çelik stent ile karşılaştırıldığında, bu vasküler stent iyi bir biyouyumluluğa ve biyolojik uyumluluğa sahiptir. Parçalanabilirlik, koroner kalp hastalığının tedavisi için büyük önem taşımaktadır. Klinik testler ve biyo-tahlillerde femtosaniye lazer teknolojisi, organizmaların biyolojik dokularını mikroskobik düzeyde otomatik olarak kesebilir ve yüksek çözünürlüklü üç boyutlu görüntüler elde edebilir. Bu teknoloji, kanserin teşhis ve tedavisi ve hayvan 368 genetik mutasyonunun incelenmesi için büyük önem taşımaktadır. Genetik mühendisliği alanında. 2001 yılında Alman K.Konig Ti:Sapphire kullandı.femtosaniye lazerinsan DNA'sı (kromozomlar) üzerinde nano ölçekli işlemler gerçekleştirmek (minimum kesme genişliği 100 nm). 2002 yılında U.irlapur ve Koing birfemtosaniye lazerkanser hücresi zarında tersine çevrilebilir bir mikro gözenek oluşturmak ve daha sonra DNA'nın bu delikten hücreye girmesine izin vermek. Daha sonra hücrenin kendi büyümesi deliği kapattı ve böylece gen transferini başarıyla gerçekleştirdi. Bu teknik, yüksek güvenilirlik ve iyi transplantasyon etkisi avantajlarına sahiptir ve yabancı genetik materyalin kök hücreler de dahil olmak üzere çeşitli hücrelere nakledilmesi için büyük önem taşır. Hücre mühendisliği alanında, canlı hücrelerde hücre zarına zarar vermeden nano cerrahi operasyonlar gerçekleştirmek için femtosaniye lazerler kullanılmaktadır. Bu femtosaniye lazer operasyon teknikleri, gen terapisi, hücre dinamikleri, hücre polaritesi, ilaç direnci ve hücrelerin farklı bileşenleri ve hücre altı heterojen yapı araştırmaları için olumlu bir öneme sahiptir. Fiber optik iletişim alanında, yarı iletken optoelektronik cihaz malzemelerinin tepki süresi, süper ticari hızlı fiber optik iletişimini kısıtlayan "darboğaz" dır. Femtosaniye tutarlı kontrol teknolojisinin uygulanması, yarı iletken optik anahtarların hızının 10000 Gbit/sn'ye ulaşmasını sağlar ve bu da sonunda kuantum mekaniğinin teorik sınırına ulaşabilir. . Ek olarak, femtosaniye lazer darbelerinin Fourier dalga biçimi şekillendirme teknolojisi, zaman bölmeli çoğullama, dalga boyu bölmeli çoklama ve kod bölmeli çoklu erişim gibi büyük kapasiteli optik iletişimlere uygulanır ve 1 Tbit/s'lik bir veri iletim hızı elde edilebilir. Ultra ince işleme alanında, güçlü kendi kendine odaklanma etkisifemtosaniye lazerşeffaf ortamdaki darbeler, lazer odak noktasını kırınım sınırından daha küçük yapar ve şeffaf malzeme içinde mikro patlamaların mikron altı çaplarda stereo pikseller oluşturmasına neden olur. Bu yöntemi kullanarak, yüksek yoğunluklu üç boyutlu optik depolama gerçekleştirilebilir ve depolama yoğunluğu 10^12 bit/cm3'e ulaşabilir. Ve hızlı veri okuma, yazma ve paralel veri rastgele erişimini gerçekleştirebilir. Bitişik veri bit katmanları arasındaki karışma çok küçüktür ve üç boyutlu depolama teknolojisi, mevcut yığın depolama teknolojisinin geliştirilmesinde yeni bir araştırma yönü haline gelmiştir. Optik dalga kılavuzları, ışın ayırıcılar, kuplörler vb., entegre optiğin temel optik bileşenleridir. Bilgisayar kontrollü bir işleme platformunda femtosaniye lazerler kullanılarak, malzemenin içinde herhangi bir pozisyonda herhangi bir şekilde iki boyutlu ve üç boyutlu optik dalga kılavuzları yapılabilir. , Işın ayırıcı, kuplör ve diğer fotonik cihazlar ve standart fiber optik ile birleştirilebilir, femtosaniye lazer kullanılarak ayrıca ışığa duyarlı camın içinde 45 ° mikro ayna yapabilir ve şimdi 3 dahili mikro aynadan oluşan bir optik devre üretilmiştir. , Kirişi 4mmx5mm alanında 270° döndürebilir. Daha bilimsel olarak, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bilim adamları, yakın zamanda 1062 nm'ye yakın 3dB/cm'lik bir sinyal kazancı üretebilen 1 cm uzunluğunda kazançlı bir optik dalga kılavuzu oluşturmak için femtosaniye lazerleri kullandılar. Fiber Bragg ızgara, etkin frekans seçimi özelliklerine sahiptir, fiber iletişim sistemi ile bağlanması kolaydır ve düşük kayıplıdır. Bu nedenle, frekans alanında zengin iletim özellikleri sergiler ve fiber optik cihazların araştırma sıcak noktası haline gelmiştir. 2000 yılında Kawamora K ve ark. ilk kez yüzey kabartmalı holografik ızgaralar elde etmek için iki kızılötesi femtosaniye lazer interferometrisi kullandı. Daha sonra üretim teknolojisi ve teknolojisinin gelişmesi ile 2003 yılında Mihaiby. S et al. iletişim fiberlerinin çekirdeğinde yansıtıcı Bragg ızgaraları elde etmek için sıfır dereceli faz plakaları ile birleştirilmiş Ti:Sapphire femtosaniye lazer darbeleri kullandı. Yüksek kırılma indisi modülasyon aralığına ve iyi sıcaklık kararlılığına sahiptir. Fotonik kristal, uzayda kırılma indisinin periyodik modülasyonuna sahip bir dielektrik yapıdır ve değişim periyodu, ışığın dalga boyu ile aynı büyüklük mertebesindedir. Fotonik kristal cihaz, fotonların yayılmasını kontrol eden yepyeni bir cihazdır ve fotonik alanında bir araştırma noktası haline gelmiştir. 2001 yılında Sun H B ve ark. bireysel atomları ayrı ayrı seçebilen germanyum katkılı silika camda rastgele kafeslere sahip fotonik kristaller üretmek için femtosaniye lazerler kullandı. 2003 yılında Serbin J ve ark. İnorganik-organik hibrit malzemelerin iki foton polimerizasyonunu indüklemek için femtosaniye lazeri kullanarak üç boyutlu mikro yapılar ve yapı boyutu 200 nm'den küçük ve 450 nm periyotlu fotonik kristaller elde etti. Femtosaniye lazerler, mikrofotonik cihaz işleme alanında çığır açan sonuçlar elde etti, böylece yönlü konektörler, bant geçiren filtreler, çoklayıcılar, optik anahtarlar, dalga boyu dönüştürücüler ve modülatörler, diğer bileşenlerle birlikte bir "çip" Düzlemsel ışık dalgası döngülerinde işlenebiliyor. Elektronik cihazların yerini alacak fotonik cihazlar için bir temel oluşturdu. Fotomaske ve litografi teknolojisi, entegre devre ürünlerinin kalitesi ve üretim verimliliği ile doğrudan ilgili olan mikro elektronik alanında kilit bir teknolojidir. Fotomaskenin kusurlarını onarmak için femtosaniye lazerler kullanılabilir ve onarılan çizgi genişliği 100 nm'den daha az bir doğruluğa ulaşabilir. bufemtosaniye lazerdoğrudan yazma teknolojisi, yüksek kaliteli fotoğraf maskelerini hızlı ve etkili bir şekilde üretmek için kullanılabilir. Bu sonuçlar mikro için çok önemli Elektronik teknolojisinin gelişimi büyük önem taşımaktadır.
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
