Femtosegundoko laser teknologiaren garapena eta aplikazioa
2021-12-15
Maman-ek 1960an laser-pultsuaren irteera lortu zuenetik, laser-pultsu-zabaleraren giza konpresioaren prozesua hiru fasetan bana daiteke gutxi gorabehera: Q-switching teknologiaren etapa, modu-blokeatzeko teknologiaren etapa eta chirped pultsuaren anplifikazio-teknologiaren etapa. Chirped pultsu-anplifikazioa (CPA) egoera solidoko laser-materialek femtosegundoko laser-anplifikazioan sortzen duten autofokatze-efektua gainditzeko garatutako teknologia berri bat da. Modu-blokeatutako laserrak sortutako pultsu ultralaburrak ematen ditu lehenik. "Chirp positiboa", zabaldu pultsuaren zabalera pikosegundoetara edo are nanosegundoetara anplifikaziorako, eta, ondoren, erabili txirrin-konpentsazio metodoa (chirp negatiboa) pultsuaren zabalera konprimitzeko energia anplifikazio nahikoa lortu ondoren. Femtosegundoko laserren garapenak garrantzi handia du. 1990 baino lehen,femtosegundoko laserrapultsuak koloratzaileen laser modua blokeatzeko teknologia erabiliz lortu ziren, irabazien banda zabalera zabalarekin. Hala ere, koloratzaile-laseraren mantentzea eta kudeaketa oso zaila da, eta horrek bere aplikazioa mugatzen du. Ti: Zafiro kristalen kalitatearen hobekuntzarekin, kristal laburragoak ere erabil daitezke nahikoa irabazi handiak lortzeko pultsu laburren oszilazioa lortzeko. 1991n, Spence et al. auto-modu blokeatuta dagoen Ti:Sapphire femtosegundoko laser bat garatu zuen lehen aldiz. Ti: Sapphire femtosegundoko laser 60fs-ko pultsu zabalera arrakastatsuak garatzeak asko sustatu zuen femtosegundoko laserren aplikazioa eta garapena. 1994an, 10fs baino txikiagoak diren laser pultsuak lortzeko txirpe-pultsuen anplifikazio-teknologiaren erabilera, gaur egun Kerr lentearen auto-moduaren blokeo-teknologiaren laguntzaz, pultsu-pultsu-anplifikazio optiko parametrikoaren teknologia, barrunbeak husteko teknologia, pasabide anitzeko anplifikazio-teknologia, etab. laser egin dezake Pultsuaren zabalera 1fs baino gutxiagora konprimitzen da attosegundoko domeinuan sartzeko, eta laser pultsuaren potentzia gailurra ere handitzen da terawatt-tik (1TW=10^12W) petawatt-ra (1PW=10^15W). Laser teknologiaren aurrerapen handi hauek aldaketa zabalak eta sakonak eragin dituzte arlo askotan. Fisikaren arloan, femtosegundoko laserrak sortzen duen intentsitate ultra handiko eremu elektromagnetikoak neutroi erlatibistak sor ditzake, eta atomoak eta molekulak zuzenean manipula ditzake. Mahaigaineko fusio nuklearraren laser gailu batean, femtosegundoko laser pultsu bat erabiltzen da deuterio-tritio molekular multzoak irradiatzeko. Fusio nuklearraren erreakzio bat abiarazi dezake eta neutroi kopuru handia sor dezake. Femtosegundoko laserrak urarekin elkarreragiten duenean, hidrogeno isotopoa deuterioak fusio nuklearraren erreakzio bat jasan dezake, energia kantitate handia sortuz. Fusio nuklearra kontrolatzeko femtosegundoko laserrak erabiliz, fusio nuklearraren energia kontrolagarria lor daiteke. Unibertsoaren Fisika Laborategian, femtosegundoko laseren intentsitate ultra handiko argi-pultsuek sortutako energia-dentsitate handiko plasmak Esne Bidearen eta izarren barne-fenomenoak erreproduzi ditzake lurrean. Femtosegundoko denbora-ebazpen metodoak nanoespazioan kokatutako molekulen aldaketak eta haien barne-egoera elektronikoak femtosegundoen denbora-eskalan ikus ditzake. Biomedikuntzaren alorrean, femtosegundoko laserren gailur potentzia eta potentzia dentsitate handia dela eta, hainbat efektu ez-lineal, hala nola fotoi anitzeko ionizazioa eta autofokatze-efektuak sortzen dira askotan hainbat materialekin elkarreraginean. Aldi berean, femtosegundoko laserren eta ehun biologikoen arteko elkarrekintza-denbora hutsala da ehun biologikoen erlaxazio termikoaren denborarekin alderatuta (ns ordenan). Ehun biologikoetarako, gradu gutxiko tenperatura igoera nerbioetarako presio-uhin bihurtuko da. Zelulek mina eta bero kalteak sortzen dituzte zeluletan, beraz, femtosegundoko laserrak minik gabeko eta berorik gabeko tratamendua lor dezake. Femtosegundoko laserrak energia baxua, kalte txikia, zehaztasun handia eta kokapen zorrotza hiru dimentsioko espazioan dituen abantailak ditu, eremu biomedikoaren behar bereziak neurri handienean ase ditzakeenak. Femtosegundoko laserra hortzak tratatzeko erabiltzen da kanal garbiak eta txukunak lortzeko ertz kalterik gabe, pultsu luzeko laserrak (esaterako, Er:YAG), kaltzifikazioa, pitzadurak eta gainazal latzak eragindako tentsio mekanikoaren eta estres termikoaren eragina saihestuz. Femtosegundoko laserra ehun biologikoen ebaketa finetan aplikatzen denean, femtosegundoko laserrak ehun biologikoekin elkarreraginean dagoen plasma-lumineszentzia espektroaren bidez azter daiteke, eta hezur-ehuna eta kartilago-ehuna identifikatu ahal izango dira, zer zehaztu eta kontrolatu ahal izateko. tratamendu kirurgikoan beharrezkoa da Pultsu-energia. Teknika honek garrantzi handia du nerbio eta bizkarrezurreko kirurgiarako. 630-1053nm-ko uhin-luzera duen femtosegundoko laserrak giza garuneko ehunen ebaketa eta ablazio kirurgiko ez-termikoak seguru, garbi eta doitasun handikoak egin ditzake. 1060 nm-ko uhin-luzera, 800fs-ko pultsu-zabalera, 2kHz-ko pultsu errepikapen maiztasuna eta 40μJ-ko pultsu-energia duen femtosegundoko laser batek korneako ebaketa-eragiketa garbi eta doitasun handikoak egin ditzake. Femtosegundoko laserrak kalte termikorik ezaren ezaugarriak ditu, eta horrek garrantzi handia du laser miokardioko birbaskularizaziorako eta laser angioplastiarako. 2002an, Alemaniako Hannover-eko Laser Zentroak femtosegundoko laser bat erabili zuen material polimero berri batean stent baskularren egituraren ekoizpen aurrerapena osatzeko. Aurreko altzairu herdoilgaitzezko stentarekin alderatuta, stent baskular honek biobateragarritasun ona eta bateragarritasun biologikoa ditu. Degradabilitateak garrantzi handia du gaixotasun koronarioen tratamendurako. Proba klinikoetan eta bioentseguetan, femtosegundoko laser teknologiak organismoen ehun biologikoak automatikoki moztu ditzake maila mikroskopikoan, eta definizio handiko hiru dimentsioko irudiak lor ditzake. Teknologia honek garrantzi handia du minbiziaren diagnostiko eta tratamendurako eta animalien 368 mutazio genetikoak aztertzeko. Ingeniaritza genetikoaren arloan. 2001ean, Alemaniako K.Konigek Ti:Sapphire erabili zuenfemtosegundoko laserragiza DNAn (kromosometan) nanoeskalako eragiketak egiteko (ebaketa-zabalera minimoa 100 nm). 2002an, U.irlapur eta Koing-ek afemtosegundoko laserraminbizi-zelulen mintzean mikroporo itzulgarri bat egiteko, eta, ondoren, zulo horretatik DNA zelula sartzen utzi zuen. Geroago, zelularen beraren hazkuntzak zuloa itxi zuen, horrela geneen transferentzia arrakastaz lortuz. Teknika honek fidagarritasun handiko eta transplante-efektu onaren abantailak ditu, eta garrantzi handia du atzerriko material genetikoa hainbat zelulatara transplantatzeko, zelula amen barne. Ingeniaritza zelularren alorrean, femtosegundoko laserrak erabiltzen dira zelula bizietan nano-kirurgia eragiketak lortzeko zelula-mintza kaltetu gabe. Femtosegundoko laser eragiketa-teknika hauek gene-terapia, zelulen dinamika, zelulen polaritatea, botiken erresistentzia eta zelulen osagai ezberdinen eta egitura heterogeneo azpizelularren ikerketarako garrantzi positiboa dute. Zuntz optikoaren komunikazioaren alorrean, gailu optoelektroniko erdieroaleen materialen erantzun-denbora zuntz optikoko abiadura superkomertzialaren komunikazioa mugatzen duen "botila" da. Femtosegundoko kontrol koherentearen teknologiaren aplikazioak erdieroaleen etengailu optikoen abiadura 10000Gbit/s-ra iristen du, azkenean mekanika kuantikoaren muga teorikora irits daitekeena. . Horrez gain, femtosegundoko laser pultsuen Fourier uhin-formaren teknologia gaitasun handiko komunikazio optikoetan aplikatzen da, hala nola denbora-zatiketa-multiplexazioa, uhin-luzera-zatiketa-multiplexazioa eta kode-zatiketa atzipen anitzekoa, eta 1Tbit/s-ko datu-transmisio-tasa lor daiteke. Prozesamendu ultra-finaren arloan, autofokatze-efektu indartsuafemtosegundoko laserraeuskarri gardenetan dauden pultsuek laser foku-puntua difrakzio-muga baino txikiagoa egiten dute, material gardenaren barruan mikro-leherketak eragiten dituzte, mikrometro azpiko diametroak dituzten pixel estereoak eratuz. Metodo hau erabiliz, dentsitate handiko hiru dimentsioko biltegiratze optikoa egin daiteke, eta biltegiratze dentsitatea 10^12bit/cm3-ra irits daiteke. Eta datuen irakurketa, idazketa eta datu paraleloen ausazko sarbidea lor dezake. Aldameneko datu-bit-geruzen arteko gurutzaketa oso txikia da, eta hiru dimentsioko biltegiratze-teknologia ikerketa-norabide berri bat bihurtu da egungo biltegiratze masiboaren teknologiaren garapenean. Uhin-gida optikoak, izpi-banatzaileak, akoplagailuak eta abar optika integratuaren oinarrizko osagai optikoak dira. Femtosegundoko laserrak ordenagailuz kontrolatutako prozesatzeko plataforma batean erabiliz, edozein formatako bi dimentsioko eta hiru dimentsioko uhin-gida optikoak egin daitezke materialaren edozein posiziotan. , Beam splitter, akoplatzailea eta beste gailu fotoniko batzuk, eta zuntz optiko estandarrekin akoplatu daitezke, femtosegundoko laser bidez ere 45 °-ko mikro-ispilua egin daiteke beira fotosentikorren barruan, eta orain barneko 3 mikro-ispiluz osatutako zirkuitu optiko bat sortu da. , Izpiak 270° biratu ditzake 4mmx5mm-ko eremuan. Zientifikokiago, Estatu Batuetako zientzialariek femtosegundoko laserrak erabili dituzte duela gutxi 1 cm-ko luzera duen uhin-gida optiko bat sortzeko, 1062 nm-tik gertu 3dB/cm-ko seinale-irabazia sor dezakeena. Fiber Bragg sareak maiztasun-hautaketa-ezaugarri eraginkorrak ditu, zuntz bidezko komunikazio-sistemarekin lotzen erraza da eta galera txikia du. Hori dela eta, transmisio-ezaugarri aberatsak erakusten ditu maiztasun-domeinuan eta zuntz optikoko gailuen ikerketa-puntu bihurtu da. 2000. urtean, Kawamora K et al. Femtosegundo infragorriko bi laser interferometria erabili zituen gainazaleko erliebe-sare holografikoak lehen aldiz lortzeko. Geroago, ekoizpen teknologia eta teknologiaren garapenarekin, 2003an Mihaiby. S et al. Ti:Sapphire femtosegundoko laser pultsuak erabili zituen zero-ordenako faseko plakekin konbinatuta, komunikazio-zuntzen muinean Bragg sare islatzaileak lortzeko. Errefrakzio-indizearen modulazio-tarte altua eta tenperatura-egonkortasun ona ditu. Kristal fotonikoa espazioan errefrakzio-indizearen modulazio periodikoa duen egitura dielektriko bat da, eta bere aldaketa-periodoa argiaren uhin-luzeraren magnitude-ordena bera da. Kristal fotonikoaren gailua fotoien hedapena kontrolatzen duen gailu berri-berria da, eta fonikaren alorreko ikerketa-gune bihurtu da. 2001ean, Sun H B et al. femtosegundoko laserrak erabili zituen kristal fotonikoak fabrikatzeko sare arbitrarioekin germanioarekin dopatutako silizezko beiran, zeinak banakako atomoak hauta ditzaketenak. 2003an, Serbin J et al. femtosegundoko laserra erabili zuen material hibrido inorganiko-organikoen bi fotoi polimerizazioa eragiteko, hiru dimentsioko mikroegiturak eta kristal fotonikoak lortzeko, 200nm-tik beherako egitura-tamaina eta 450nm-ko periodoa dutenak. Femtosegundoko laserek aurrerapen emaitzak lortu dituzte gailu mikrofotonikoaren prozesamenduaren arloan, eta, beraz, norabide-konektoreak, banda-iragazkiak, multiplexadoreak, etengailu optikoak, uhin-luzera-bihurgailuak eta modulatzaileak "txip" batean prozesatu daitezke argi-uhin planar begiztak beste osagai batzuekin. Gailu fotonikoak gailu elektronikoak ordezkatzeko oinarriak ezarri zituen. Fotomaskaren eta litografiaren teknologia mikroelektronikaren alorrean funtsezko teknologia da, zirkuitu integratuko produktuen kalitatearekin eta ekoizpen eraginkortasunarekin zuzenean lotuta dagoena. Femtosegundoko laserrak fotomaskararen akatsak konpontzeko erabil daitezke, eta konpondutako lerroaren zabalera 100 nm baino gutxiagoko zehaztasuna irits daiteke. Thefemtosegundoko laserrazuzeneko idazketa-teknologia erabil daiteke kalitate handiko argazki-maskarak azkar eta eraginkortasunez fabrikatzeko. Emaitza hauek oso garrantzitsuak dira mikrorako Teknologia elektronikoaren garapenak garrantzi handia du.
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
