Развој и примена фемтосекундне ласерске технологије
2021-12-15
Од када је Маман први пут добио излаз ласерског импулса 1960. године, процес људске компресије ширине ласерског импулса може се грубо поделити у три фазе: фаза технологије К-прекидања, фаза технологије закључавања мода и фаза технологије амплификације чимпованог импулса. Цхирпед пулсе амплифицатион (ЦПА) је нова технологија развијена за превазилажење ефекта самофокусирања који стварају ласерски материјали у чврстом стању током фемтосекундног ласерског појачања. Прво обезбеђује ултра-кратке импулсе генерисане ласерима са закључавањем мода. „Позитиван цвркут“, проширите ширину импулса на пикосекунде или чак наносекунде за појачање, а затим користите методу компензације цвркута (негативни чирп) да компримујете ширину импулса након што добијете довољно енергетског појачања. Развој фемтосекундних ласера је од великог значаја. Пре 1990.фемтосекундни ласеримпулси су добијени коришћењем технологије закључавања мода ласера на боји са широким опсегом појачања. Међутим, одржавање и управљање ласером за бојење је изузетно компликовано, што ограничава његову примену. Са побољшањем квалитета Ти:Сафирних кристала, краћи кристали се такође могу користити за добијање довољно високих појачања за постизање кратких импулсних осцилација. Године 1991. Спенце ет ал. је по први пут развио Ти:Сафир фемтосекундни ласер са закључавањем само-мода. Успешан развој Ти:Сафир фемтосекундног ласера са ширином импулса од 60фс је у великој мери унапредио примену и развој фемтосекундних ласера. 1994. године, употреба технологије појачања чирпираног импулса за добијање ласерских импулса мањих од 10фс, тренутно уз помоћ технологије закључавања самосталног режима Керр сочива, технологије оптичког параметарског појачања импулса, технологије пражњења шупљина, технологије вишепролазног појачања итд. може да направи ласер. Ширина импулса је компримована на мање од 1фс да би ушла у домен атосекунде, а вршна снага ласерског импулса је такође повећана са теравата (1ТВ=10^12В) на петавата (1ПВ=10^15В). Ова велика открића у ласерској технологији изазвала су опсежне и дубоке промене у многим областима. У области физике, електромагнетно поље ултра високог интензитета које генерише фемтосекундни ласер може да генерише релативистичке неутроне, а такође може директно да манипулише атомима и молекулима. На стоном ласерском уређају за нуклеарну фузију, фемтосекундни ласерски импулс се користи за озрачивање молекуларних кластера деутеријум-трицијума. Може да покрене реакцију нуклеарне фузије и произведе велики број неутрона. Када фемтосекундни ласер ступи у интеракцију са водом, то може проузроковати да изотоп водоника деутеријум прође кроз реакцију нуклеарне фузије, стварајући огромне количине енергије. Коришћење фемтосекундних ласера за контролу нуклеарне фузије може да добије енергију нуклеарне фузије која се може контролисати. У лабораторији за физику универзума, плазма високе густине енергије генерисана светлосним импулсима ултра-високог интензитета фемтосекундних ласера може да репродукује унутрашње феномене Млечног пута и звезда на земљи. Метода временске резолуције фемтосекунде може јасно посматрати промене молекула смештених у нанопростору и њихова унутрашња електронска стања на временској скали од фемтосекунди. У области биомедицине, због велике вршне снаге и густине снаге фемтосекундних ласера, при интеракцији са различитим материјалима често настају различити нелинеарни ефекти као што су вишефотонска јонизација и ефекти самофокусирања. Истовремено, време интеракције између фемтосекундног ласера и биолошких ткива је безначајно у поређењу са временом термалне релаксације биолошких ткива (реда нс). За биолошка ткива, пораст температуре од неколико степени ће постати талас притиска на нерве. Ћелије производе бол и топлотно оштећење ћелија, тако да фемтосекундни ласер може постићи безболан третман без топлоте. Фемтосекундни ласер има предности ниске енергије, малих оштећења, високе прецизности и строгог позиционирања у тродимензионалном простору, што у највећој мери може задовољити посебне потребе биомедицинског поља. Фемтосекундни ласер се користи за лечење зуба како би се добили чисти и уредни канали без икаквог оштећења ивица, избегавајући утицај механичког напрезања и термичког напрезања изазваног дугом пулсним ласерима (као што је Ер:ИАГ), калцификације, пукотина и грубих површина. Када се фемтосекундни ласер примени на фино сечење биолошких ткива, луминисценција плазме током интеракције фемтосекундног ласера са биолошким ткивима може се анализирати спектром и идентификовати коштано и хрскавично ткиво, како би се утврдило и контролисало шта потребна је у процесу хируршког лечења Пулсна енергија. Ова техника је од великог значаја за хирургију нерава и кичме. Фемтосекундни ласер са опсегом таласних дужина од 630-1053 нм може да изведе безбедно, чисто, високо прецизно нетермално хируршко сечење и аблацију људског можданог ткива. Фемтосекундни ласер са таласном дужином од 1060нм, ширином импулса од 800фс, фреквенцијом понављања импулса од 2кХз и енергијом импулса од 40И¼Ј може да изведе чисте, прецизне операције сечења рожњаче. Фемтосекундни ласер има карактеристике да нема термичких оштећења, што је од великог значаја за ласерску реваскуларизацију миокарда и ласерску ангиопластику. 2002. године, Хановер Ласер Центер у Немачкој је користио фемтосекундни ласер да доврши револуционарну производњу структуре васкуларног стента на новом полимерном материјалу. У поређењу са претходним стентом од нерђајућег челика, овај васкуларни стент има добру биокомпатибилност и биолошку компатибилност. Разградљивост је од великог значаја за лечење коронарне болести срца. У клиничком тестирању и биолошким тестовима, фемтосекундна ласерска технологија може аутоматски да пресече биолошка ткива организама на микроскопском нивоу и добије тродимензионалне слике високе дефиниције. Ова технологија је од великог значаја за дијагнозу и лечење канцера и проучавање животињских 368 генетских мутација. У области генетског инжењеринга. К.Кониг из Немачке је 2001. године користио Ти:Сафирфемтосекундни ласерза извођење операција на наносмеру на људској ДНК (хромозомима) (минимална ширина сечења 100нм). У.ирлапур и Коинг су 2002. године користили афемтосекундни ласерда направи реверзибилне микропоре у мембрани ћелије рака, а затим омогући ДНК да уђе у ћелију кроз ову рупу. Касније је сопствени раст ћелије затворио рупу, чиме је успешно остварен трансфер гена. Ова техника има предности високе поузданости и доброг трансплантационог ефекта, и од великог је значаја за трансплантацију страног генетског материјала у различите ћелије укључујући и матичне ћелије. У области ћелијског инжењеринга, фемтосекундни ласери се користе за постизање нано-хируршких операција у живим ћелијама без оштећења ћелијске мембране. Ове технике фемтосекундне ласерске операције имају позитиван значај за истраживање генске терапије, ћелијске динамике, поларитета ћелија, резистенције на лекове и различитих компоненти ћелија и субћелијске хетерогене структуре. У области комуникације оптичким влакнима, време одзива материјала полупроводничких оптоелектронских уређаја је „уско грло“ које ограничава суперкомерцијалну брзину комуникације оптичким влакнима. Примена фемтосекундне кохерентне технологије управљања чини да брзина полупроводничких оптичких прекидача достигне 10000Гбит/с, што коначно може достићи теоријску границу квантне механике. . Поред тога, Фоуриерова технологија обликовања таласног облика фемтосекундних ласерских импулса се примењује на оптичке комуникације великог капацитета као што су мултиплексирање са временским поделом, мултиплексирање са поделом таласних дужина и вишеструки приступ са поделом кода, а може се добити и брзина преноса података од 1 Тбит/с. У области ултра-фине обраде, снажан ефекат самофокусирањафемтосекундни ласеримпулси у провидним медијима чине жаришну тачку ласера мањом од границе дифракције, узрокујући микро-експлозије унутар провидног материјала да формирају стерео пикселе субмикронских пречника. Користећи ову методу, може се извести тродимензионално оптичко складиштење високе густине, а густина складиштења може да достигне 10^12 бита/цм3. И може да реализује брзо читање података, писање и паралелни насумични приступ подацима. Преслушавање између суседних слојева битова података је веома мало, а технологија тродимензионалног складиштења је постала нови истраживачки правац у развоју тренутне технологије масовног складиштења података. Оптички таласоводи, разделници снопа, спојници итд. су основне оптичке компоненте интегрисане оптике. Користећи фемтосекундне ласере на компјутерски контролисаној платформи за обраду, могу се направити дводимензионални и тродимензионални оптички таласоводи било ког облика на било којој позицији унутар материјала. , разделник снопа, спојник и други фотонски уређаји, и могу се спојити са стандардним оптичким влакном, користећи фемтосекундни ласер такође може направити микро-огледало од 45° унутар фотоосетљивог стакла, а сада је произведено оптичко коло састављено од 3 унутрашња микро-огледала , Може учинити да се сноп ротира за 270° у области од 4 мм к 5 мм. Научници у Сједињеним Државама су недавно користили фемтосекундне ласере да креирају оптички таласовод дужине 1 цм, који може да генерише појачање сигнала од 3 дБ/цм близу 1062 нм. Фибер Брагг решетка има ефикасне карактеристике одабира фреквенције, лако се спаја са оптичким комуникационим системом и има мале губитке. Стога, показује богате карактеристике преноса у фреквенцијском домену и постао је жариште истраживања оптичких уређаја. 2000. године, Кавамора К ет ал. користио две инфрацрвене фемтосекундне ласерске интерферометрије за добијање површинских рељефних холографских решетки по први пут. Касније, са развојем производне технологије и технологије, 2003. Михаиби. С ет ал. користио Ти:Сафир фемтосекундне ласерске импулсе у комбинацији са фазним плочама нултог реда да би се добиле рефлектујуће Брегове решетке на језгру комуникационих влакана. Има висок опсег модулације индекса преламања и добру температурну стабилност. Фотонски кристал је диелектрична структура са периодичном модулацијом индекса преламања у простору, а његов период промене је истог реда величине као и таласна дужина светлости. Уређај са фотонским кристалима је потпуно нови уређај који контролише пропагацију фотона и постао је жариште истраживања у области фотонике. Године 2001. Сун Х Б ет ал. користио фемтосекундне ласере за производњу фотонских кристала са произвољним решеткама у силицијум стаклу допираном германијумом, које може појединачно да бира појединачне атоме. 2003. године, Сербин Ј ет ал. користио фемтосекундни ласер за индуковање двофотонске полимеризације неорганско-органских хибридних материјала да би се добиле тродимензионалне микроструктуре и фотонски кристали са структуром величине мање од 200нм и периодом од 450нм. Фемтосекундни ласери су постигли револуционарне резултате у области обраде микрофотонских уређаја, тако да се на „чипу“ могу обрадити усмерени конектори, пропусни филтери, мултиплексори, оптички прекидачи, претварачи таласних дужина, модулатори, Планарне светлоталасне петље са другим компонентама. Поставили су темеље за фотонске уређаје који ће заменити електронске уређаје. Технологија фотомаске и литографије је кључна технологија у области микроелектронике, која је директно повезана са квалитетом и ефикасношћу производње производа интегрисаних кола. Фемтосекундни ласери се могу користити за поправку недостатака фотомаске, а поправљена ширина линије може достићи тачност мању од 100 нм. Тхефемтосекундни ласертехнологија директног писања може се користити за брзу и ефикасну производњу висококвалитетних фотомаски. Ови резултати су веома важни за микро Развој електронске технологије је од великог значаја.
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
