A femtoszekundumos lézer technológia fejlesztése és alkalmazása
2021-12-15
Mióta Maman először 1960-ban kapott lézerimpulzus-kimenetet, a lézerimpulzus-szélesség emberi tömörítésének folyamata nagyjából három szakaszra osztható: Q-kapcsolási technológiai szakaszra, üzemmódzárolási technológiai szakaszra és csipogó impulzuserősítési technológiai szakaszra. A csiripelt impulzuserősítés (CPA) egy új technológia, amelyet a szilárdtestlézeres anyagok által keltett önfókuszáló hatás leküzdésére fejlesztettek ki a femtoszekundumos lézererősítés során. Először ultrarövid impulzusokat biztosít, amelyeket üzemmód-zárolt lézerek generálnak. "Pozitív csipogás", erősítse meg az impulzusszélességet pikoszekundumokra vagy akár nanoszekundumokra, majd használja a csipogás kompenzációs (negatív csipogás) módszert az impulzusszélesség tömörítésére, miután elegendő energiaerősítést kapott. A femtoszekundumos lézerek fejlesztése nagy jelentőséggel bír. 1990 előttfemtoszekundumos lézerAz impulzusokat festéklézer üzemmód-zárolási technológiával nyerték széles sávszélességgel. A festéklézer karbantartása és kezelése azonban rendkívül bonyolult, ami korlátozza az alkalmazását. A Ti:Zafír kristályok minőségének javulásával a rövidebb kristályok is használhatók kellően nagy nyereség eléréséhez a rövid impulzusoszcilláció eléréséhez. 1991-ben Spence et al. először fejlesztett ki egy önmódú zárolású Ti:Sapphire femtoszekundumos lézert. A 60fs impulzusszélességű Ti:Sapphire femtoszekundumos lézer sikeres fejlesztése nagyban elősegítette a femtoszekundumos lézerek alkalmazását és fejlesztését. 1994-ben csiripelt impulzuserősítő technológia alkalmazása 10fs-nál kisebb lézerimpulzusok előállítására, jelenleg Kerr lencse önmódú zárolási technológia, optikai parametrikus csipogó impulzuserősítő technológia, üregürítési technológia, többutas erősítési technológia stb. lézert készíthet Az impulzusszélesség 1fs-nál kisebbre van tömörítve, hogy belépjen az attoszekundumos tartományba, és a lézerimpulzus csúcsteljesítménye terawattról (1TW=10^12W) petawattra (1PW=10^15W) nő. A lézertechnológia ezen jelentős áttörései számos területen széleskörű és mélyreható változásokat idéztek elő. A fizika területén a femtoszekundumos lézer által generált ultra-nagy intenzitású elektromágneses tér képes relativisztikus neutronokat generálni, valamint közvetlenül manipulálni atomokat és molekulákat. Egy asztali magfúziós lézereszközön femtoszekundumos lézerimpulzust használnak a deutérium-trícium molekulaklaszterek besugárzására. Magfúziós reakciót indíthat el, és nagyszámú neutront termelhet. Amikor a femtoszekundumos lézer kölcsönhatásba lép a vízzel, a deutérium hidrogénizotópja magfúziós reakcióba léphet, ami hatalmas mennyiségű energiát termel. A femtoszekundumos lézerek használatával a magfúzió szabályozására szabályozható magfúziós energia nyerhető. Az Univerzum Fizikai Laboratóriumában a femtoszekundumos lézerek ultra-nagy intenzitású fényimpulzusai által generált nagy energiasűrűségű plazma képes reprodukálni a Tejútrendszer és a földön lévő csillagok belső jelenségeit. A femtoszekundumos időfelbontási módszerrel egyértelműen megfigyelhető a nanotérben elhelyezett molekulák és belső elektronállapotuk változása a femtoszekundumos időskálán. A biomedicina területén a femtoszekundumos lézerek nagy csúcsteljesítménye és teljesítménysűrűsége miatt különféle nemlineáris hatások, például többfoton ionizáció és önfókuszáló hatások gyakran keletkeznek különböző anyagokkal való kölcsönhatás során. Ugyanakkor a femtoszekundumos lézer és a biológiai szövetek közötti interakciós idő elenyésző a biológiai szövetek termikus relaxációs idejéhez képest (ns nagyságrendű). A biológiai szövetek esetében a néhány fokos hőmérséklet-emelkedés nyomáshullámmá válik az idegek számára. A sejtek fájdalmat és hőkárosodást okoznak a sejtekben, így a femtoszekundumos lézerrel fájdalommentes és hőmentes kezelés érhető el. A femtoszekundumos lézer előnye az alacsony energia, a kis sérülés, a nagy pontosság és a szigorú háromdimenziós térbeli pozicionálás, amely a legnagyobb mértékben képes megfelelni az orvosbiológiai terület speciális igényeinek. A femtoszekundumos lézer a fogak kezelésére szolgál, hogy tiszta és rendezett csatornákat állítsanak elő szélsérülés nélkül, elkerülve a hosszú impulzuslézerek (például Er:YAG) okozta mechanikai igénybevételt és hőterhelést, a meszesedést, repedéseket és érdes felületeket. Amikor a femtoszekundumos lézert biológiai szövetek finomvágására alkalmazzák, a femtoszekundumos lézer biológiai szövetekkel való kölcsönhatása során a plazma lumineszcenciája spektrummal elemezhető, és azonosítható a csontszövet és a porcszövet, így meghatározható és szabályozható sebészi kezelési folyamatban van szükség Impulzusenergia. Ez a technika nagy jelentőséggel bír az ideg- és gerincműtéteknél. A 630-1053 nm hullámhossz-tartományú femtoszekundumos lézer biztonságos, tiszta, nagy pontosságú, nem termikus sebészeti vágást és emberi agyszövet ablációt tud végezni. Az 1060 nm hullámhosszú, 800 fs impulzusszélességű, 2 kHz impulzusismétlési frekvenciájú femtoszekundumos lézer 40 ¼J impulzusenergiájú tiszta, nagy pontosságú szaruhártya vágási műveleteket hajthat végre. A femtoszekundumos lézer hőkárosodásmentes tulajdonságokkal rendelkezik, ami nagy jelentőséggel bír a lézeres szívizom revaszkularizáció és a lézer angioplasztika szempontjából. 2002-ben a németországi Hannoveri Lézerközpont femtoszekundumos lézerrel fejezte be a vaszkuláris stentszerkezet áttörést jelentő előállítását egy új polimer anyagon. Az előző rozsdamentes acél stenthez képest ez a vaszkuláris stent jó biokompatibilitással és biológiai kompatibilitással rendelkezik. A lebonthatóság nagy jelentőséggel bír a szívkoszorúér-betegség kezelésében. A klinikai vizsgálatokban és a biológiai vizsgálatok során a femtoszekundumos lézertechnológia automatikusan mikroszkopikus szinten képes levágni az élőlények biológiai szöveteit, és nagy felbontású, háromdimenziós képeket készíteni. Ez a technológia nagy jelentőséggel bír a rák diagnosztizálásában és kezelésében, valamint az állati 368 genetikai mutációk tanulmányozásában. A géntechnológia területén. 2001-ben a német K.Konig Ti:Sapphire-t használtfemtoszekundumos lézernanoméretű műveletek elvégzésére emberi DNS-en (kromoszómák) (minimális vágási szélesség 100 nm). 2002-ben U.irlapur és Koing használta afemtoszekundumos lézerhogy reverzibilis mikropórust hozzon létre a rákos sejt membránjában, majd ezen a lyukon keresztül engedte be a DNS-t a sejtbe. Később a sejt saját növekedése zárta be a lyukat, így sikeresen megvalósult a génátvitel. Ennek a technikának az előnyei a nagy megbízhatóság és a jó transzplantációs hatás, valamint nagy jelentősége van idegen genetikai anyag különböző sejtekbe, köztük őssejtekbe történő átültetésében. A sejttervezés területén femtoszekundumos lézereket használnak nano-sebészeti műtétek megvalósítására élő sejtekben a sejtmembrán károsodása nélkül. Ezek a femtoszekundumos lézeres műtéti technikák pozitív jelentőséggel bírnak a génterápia, a sejtdinamika, a sejtpolaritás, a gyógyszerrezisztencia, valamint a sejtek különböző komponenseinek és szubcelluláris heterogén szerkezetének kutatásában. Az optikai szálas kommunikáció területén a félvezető optoelektronikai eszközök anyagainak válaszideje jelenti azt a "szűk keresztmetszetet", amely korlátozza a szuperkereskedelmi sebességű optikai szálas kommunikációt. A femtoszekundumos koherens vezérlési technológia alkalmazásával a félvezető optikai kapcsolók sebessége eléri az 10000Gbit/s-ot, ami végre elérheti a kvantummechanika elméleti határát. . Ezenkívül a femtoszekundumos lézerimpulzusok Fourier hullámforma-alakító technológiáját alkalmazzák nagy kapacitású optikai kommunikációra, például időosztásos multiplexelésre, hullámhosszosztásos multiplexelésre és kódosztásos többszörös hozzáférésre, és 1 Tbit/s adatátviteli sebesség érhető el. Az ultrafinom feldolgozás területén az erős önfókuszáló hatásafemtoszekundumos lézerAz átlátszó közegben lévő impulzusok a lézer fókuszpontját a diffrakciós határnál kisebbre teszik, ami mikrorobbanásokat okoz az átlátszó anyagon belül, és mikron alatti átmérőjű sztereó pixeleket képez. Ezzel a módszerrel nagy sűrűségű háromdimenziós optikai tárolás végezhető, és a tárolási sűrűség elérheti a 10^12 bit/cm3-t. És megvalósíthatja a gyors adatolvasást, -írást és párhuzamos adatok véletlenszerű elérését. A szomszédos adatbitrétegek közötti áthallás nagyon kicsi, és a háromdimenziós tárolási technológia új kutatási irány lett a jelenlegi tömegtárolási technológia fejlesztésében. Az optikai hullámvezetők, sugárosztók, csatolók stb. az integrált optika alapvető optikai alkatrészei. Femtoszekundumos lézerek segítségével számítógéppel vezérelt feldolgozóplatformon tetszőleges formájú kétdimenziós és háromdimenziós optikai hullámvezetők készíthetők az anyagon belül bármely pozícióban. , Nyalábosztó, csatoló és egyéb fotonikus eszközök, és szabványos optikai szállal csatlakoztatható, femtoszekundumos lézerrel 45°-os mikrotükör is készíthető a fényérzékeny üveg belsejében, és most egy 3 belső mikrotükörből álló optikai áramkör készült , A gerendát 270°-ban elforgathatja 4mmx5mm területen. Tudományosabban szólva, az Egyesült Államok tudósai a közelmúltban femtoszekundumos lézereket használtak egy 1 cm hosszú erősítésű optikai hullámvezető létrehozására, amely 3 dB/cm jelerősítést képes generálni 1062 nm közelében. A Fiber Bragg rács hatékony frekvenciaválasztási jellemzőkkel rendelkezik, könnyen csatlakoztatható a szálas kommunikációs rendszerhez, és alacsony a vesztesége. Ezért gazdag átviteli jellemzőkkel rendelkezik a frekvenciatartományban, és a száloptikai eszközök kutatási hotspotjává vált. 2000-ben Kawamora K et al. két infravörös femtoszekundumos lézeres interferometriát használt először felületi dombormű holografikus rácsok előállításához. Később a gyártási technológia és technológia fejlődésével 2003-ban Mihaiby. S et al. Ti:Sapphire femtoszekundumos lézerimpulzusokat használtak nulla sorrendű fázislemezekkel kombinálva, hogy fényvisszaverő Bragg-rácsokat kapjanak a kommunikációs szálak magján. Magas törésmutatójú modulációs tartománnyal és jó hőmérsékleti stabilitással rendelkezik. A fotonikus kristály egy dielektromos szerkezet, amelynek törésmutatója periodikusan modulál a térben, változási periódusa megegyezik a fény hullámhosszával. A fotonikus kristály eszköz egy vadonatúj eszköz, amely a fotonok terjedését szabályozza, és a fotonika területén a kutatási hotspot lett. 2001-ben Sun H B et al. femtoszekundumos lézereket használtak tetszőleges rácsos fotonikus kristályok előállítására germániummal adalékolt szilícium-dioxid üvegben, amely képes egyedileg kiválasztani az egyes atomokat. 2003-ban Serbin J et al. femtoszekundumos lézert használtak szervetlen-szerves hibrid anyagok kétfoton polimerizációjának indukálására, hogy háromdimenziós mikrostruktúrákat és fotonikus kristályokat kapjanak, amelyek szerkezete kisebb, mint 200 nm és periódusa 450 nm. A femtoszekundumos lézerek áttörő eredményeket értek el a mikrofotonikai eszközök feldolgozása terén, így az irányított csatlakozók, sávszűrők, multiplexerek, optikai kapcsolók, hullámhossz-átalakítók, modulátorok "chipen" dolgozhatók fel. Síkbeli fényhullámhurkok lehetségesek más komponensekkel. Megalapozta az elektronikus eszközöket helyettesítő fotonikus eszközöket. A fotomaszk és litográfia technológia kulcsfontosságú technológia a mikroelektronika területén, amely közvetlenül kapcsolódik az integrált áramköri termékek minőségéhez és gyártási hatékonyságához. A fotomaszk hibáit femtoszekundumos lézerekkel lehet kijavítani, a javított vonalszélesség pedig 100nm alatti pontosságot is elérhet. Azfemtoszekundumos lézera közvetlen írástechnológia segítségével gyorsan és hatékonyan lehet kiváló minőségű fotómaszkokat gyártani. Ezek az eredmények nagyon fontosak a mikro számára Az elektronikai technológia fejlődésének nagy jelentősége van.
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
