Ang pagbuo at aplikasyon ng femtosecond laser technology
2021-12-15
Dahil si Maman ay unang nakakuha ng laser pulse output noong 1960, ang proseso ng human compression ng laser pulse width ay halos nahahati sa tatlong yugto: Q-switching technology stage, mode-locking technology stage, at chirped pulse amplification technology stage. Ang chirped pulse amplification (CPA) ay isang bagong teknolohiya na binuo para madaig ang self-focusing effect na nabuo ng solid-state laser materials sa panahon ng femtosecond laseramplification. Una itong nagbibigay ng mga ultra-maikling pulso na nabuo ng mga laser na naka-lock sa mode. "Positive chirp", palawakin ang lapad ng pulso sa picosecond o kahit nanosecond para sa amplification, at pagkatapos ay gamitin ang chirp compensation (negative chirp) na paraan upang i-compress ang pulse width pagkatapos makakuha ng sapat na energy amplification. Ang pagbuo ng femtosecond lasers ay may malaking kahalagahan. Bago ang 1990,femtosecond laserAng mga pulse ay nakuha gamit ang dye laser mode-locking technology na may malawak na gain bandwidth. Gayunpaman, ang pagpapanatili at pamamahala ng dye laser ay lubhang kumplikado, na naglilimita sa paggamit nito. Sa pagpapabuti ng kalidad ng mga kristal na Ti: Sapphire, ang mga mas maiikling kristal ay maaari ding gamitin upang makakuha ng sapat na mataas na mga nadagdag upang makamit ang maikling pulse oscillation. Noong 1991, si Spence et al. bumuo ng self-mode-locked na Ti:Sapphire femtosecond lasersa unang pagkakataon. Ang matagumpay na pagbuo ng isang 60fs pulse width Ti: Sapphire femtosecond laseray lubos na nag-promote sa aplikasyon at pagbuo ng femtosecond lasers. Noong 1994, ang paggamit ng chirped pulse amplification technology upang makakuha ng laser pulses na mas mababa sa 10fs, kasalukuyang sa tulong ng Kerr lens self-mode locking technology, optical parametric chirped pulse amplification technology, cavity emptying technology, multi-pass amplification technology, atbp. maaaring gumawa ng laser Ang lapad ng pulso ay pinipiga sa mas mababa sa 1fs upang makapasok sa domain ng attosecond, at ang pinakamataas na lakas ng pulso ng laser ay tumataas din mula terawatt (1TW=10^12W) hanggang pewatt (1PW=10^15W). Ang mga pangunahing tagumpay na ito sa teknolohiya ng laser ay nagdulot ng malawak at malalim na pagbabago sa maraming larangan. Sa larangan ng pisika, ang ultra-high-intensity electromagnetic field na nabuo ng femtosecond laseray maaaring makabuo ng relativistic neutrons, at maaari ring direktang manipulahin ang mga atom at molekula. Sa isang desktop nuclear fusion laser device, isang femtosecond laserpulse ang ginagamit upang i-irradiate ang mga deuterium-tritium molecular cluster. Maaari itong magpasimula ng nuclear fusion reaction at makagawa ng malaking bilang ng mga neutron. Kapag ang femtosecond laseray nakikipag-ugnayan sa tubig, maaari itong maging sanhi ng hydrogen isotope deuterium na sumailalim sa isang nuclear fusion reaction, na bumubuo ng malaking halaga ng enerhiya. Ang paggamit ng femtosecond lasers upang kontrolin ang nuclear fusion ay maaaring makakuha ng nakokontrol na nuclear fusion na enerhiya. Sa Universe Physics Laboratory, ang high-energy-density plasma na nabuo ng ultra-high-intensity light pulses ng femtosecond lasers ay maaaring magparami ng panloob na phenomena ng Milky Way at mga bituin sa lupa. Ang paraan ng paglutas ng oras ng femtosecond ay malinaw na nakamasid sa mga pagbabago ng mga molekula na inilagay sa nanospace at ang kanilang mga panloob na elektronikong estado sa sukat ng oras ng mga femtosecond. Sa larangan ng biomedicine, dahil sa mataas na peak power at power density ng femtosecond lasers, ang iba't ibang non-linear effect gaya ng multiphoton ionization at self-focusing effect ay kadalasang sanhi kapag nakikipag-ugnayan sa iba't ibang materyales. Kasabay nito, ang oras ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng femtosecond laserat biological na mga tisyu ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa oras ng pagpapahinga ng thermal ng mga biological na tisyu (sa pagkakasunud-sunod ng ns). Para sa mga biological na tisyu, ang pagtaas ng temperatura ng ilang degree ay magiging isang pressure wave sa nerbiyos. Ang mga cell ay gumagawa ng sakit at init na pinsala sa mga selula, kaya ang femtosecond laseray makakamit ng walang sakit at walang init na paggamot. Ang Femtosecond laser ay may mga pakinabang ng mababang enerhiya, maliit na pinsala, mataas na katumpakan at mahigpit na pagpoposisyon sa tatlong-dimensional na espasyo, na maaaring matugunan ang mga espesyal na pangangailangan ng biomedical na larangan sa pinakamalaking lawak. Ang femtosecond laseray ginagamit upang gamutin ang mga ngipin upang makakuha ng malinis at maayos na mga channel nang walang anumang pinsala sa gilid, pag-iwas sa impluwensya ng mechanical stress at thermal stress na dulot ng mahabang pulse lasers (gaya ng Er:YAG), calcification, bitak at magaspang na ibabaw. Kapag ang femtosecond laseray inilapat sa pinong pagputol ng mga biological na tisyu, ang plasma luminescence sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng femtosecond laserna may mga biological na tisyu ay maaaring masuri sa pamamagitan ng spectrum, at ang bone tissue at cartilage tissue ay maaaring matukoy, upang matukoy at makontrol kung ano ay kailangan sa proseso ng paggamot sa kirurhiko Pulse energy. Ang pamamaraan na ito ay may malaking kahalagahan para sa operasyon ng nerve at spine. Ang femtosecond laserna may wavelength range na 630-1053nm ay maaaring magsagawa ng ligtas, malinis, high-precision na non-thermal surgical cutting at ablation ng tissue ng utak ng tao. Ang isang femtosecond laserna may wavelength na 1060nm, isang pulse width na 800fs, isang pulse repetition frequency na 2kHz, at isang pulse energy na 40μJ ay maaaring magsagawa ng malinis, high-precision na mga operasyon sa pagputol ng corneal. Ang femtosecond laseray may mga katangian na walang thermal damage, na may malaking kahalagahan para sa laser myocardial revascularization at laser angioplasty. Noong 2002, ang Hannover Laser Center sa Germany ay gumamit ng femtosecond laserupang kumpletuhin ang pambihirang paggawa ng vascular stent structure sa isang bagong polymer material. Kung ikukumpara sa nakaraang stainless steel stent, ang vascular stent na ito ay may magandang biocompatibility at biological compatibility. Ang degradability ay may malaking kahalagahan sa paggamot ng coronary heart disease. Sa clinical testing at bioassays, ang femtosecond lasertechnology ay maaaring awtomatikong putulin ang biological tissues ng mga organismo sa mikroskopikong antas, at makakuha ng high-definition na three-dimensional na mga imahe. Ang teknolohiyang ito ay may malaking kahalagahan para sa pagsusuri at paggamot ng kanser at sa pag-aaral ng 368 genetic mutations ng hayop. Sa larangan ng genetic engineering. Noong 2001, ginamit ni K.Konig ng Germany ang Ti:Sapphirefemtosecond laserupang magsagawa ng mga operasyong nanoscale sa DNA ng tao (chromosome) (minimum na lapad ng pagputol na 100nm). Noong 2002, ginamit nina U.irlapur at Koing ang isangfemtosecond laserupang gumawa ng nababaligtad na micropore sa lamad ng selula ng kanser, at pagkatapos ay pinahintulutan ang DNA na makapasok sa selula sa pamamagitan ng butas na ito. Nang maglaon, ang sariling paglaki ng cell ay nagsara ng butas, kaya matagumpay na nakamit ang paglipat ng gene. Ang pamamaraan na ito ay may mga pakinabang ng mataas na pagiging maaasahan at mahusay na epekto ng paglipat, at ito ay may malaking kahalagahan para sa paglipat ng mga dayuhang genetic na materyal sa iba't ibang mga cell kabilang ang mga stem cell. Sa larangan ng cell engineering, ang mga femtosecond laseray ginagamit upang makamit ang mga operasyong nano-surgery sa mga buhay na selula nang hindi nasisira ang lamad ng cell. Ang mga femtosecond laseroperation techniques na ito ay may positibong kahalagahan para sa pananaliksik ng gene therapy, cell dynamics, cell polarity, drug resistance, at ang iba't ibang bahagi ng mga cell at subcellular heterogenous na istraktura. Sa larangan ng optical fiber communication, ang oras ng pagtugon ng mga materyales ng semiconductor optoelectronic na aparato ay ang "bottleneck" na naghihigpit sa super-commercial na bilis ng optical fiber na komunikasyon. Ang paggamit ng femtosecond coherent control technology ay gumagawa ng bilis ng semiconductor optical switch na umabot sa 10000Gbit/s, na sa wakas ay maaabot ang teoretikal na limitasyon ng quantum mechanics. . Bilang karagdagan, ang Fourier waveform shaping technology ng femtosecond laserpulses ay inilalapat sa malalaking kapasidad na optical na komunikasyon tulad ng time division multiplexing, wavelength division multiplexing at code division multiple access, at maaaring makuha ang data transmission rate na 1Tbit/s. Sa larangan ng ultra-fine processing, ang malakas na epekto ng pagtutok sa sarilifemtosecond laserAng mga pulso sa transparent na media ay ginagawang mas maliit ang laser focal spot kaysa sa limitasyon ng diffraction, na nagiging sanhi ng mga micro-explosions sa loob ng transparent na materyal upang bumuo ng mga stereo pixel na may mga sub-micron na diameter. Gamit ang pamamaraang ito, maaaring maisagawa ang high-density na three-dimensional optical storage, at ang density ng storage ay maaaring umabot sa 10^12bits/cm3. At maaaring mapagtanto ang mabilis na pagbabasa ng data, pagsulat, at parallel na data na random na pag-access. Ang crosstalk sa pagitan ng mga katabing data bit layer ay napakaliit, at ang three-dimensional na teknolohiya sa imbakan ay naging isang bagong direksyon ng pananaliksik sa pagbuo ng kasalukuyang teknolohiya ng mass storage. Ang mga optical waveguides, beam splitter, coupler, atbp. ay ang mga pangunahing bahagi ng optical ng pinagsamang optika. Gamit ang femtosecond lasers sa isang computer-controlled processing platform, two-dimensional at three-dimensional optical waveguides ng anumang hugis ay maaaring gawin sa anumang posisyon sa loob ng materyal. , Beam splitter, coupler at iba pang mga photonic device, at maaaring isama sa standard optical fiber, gamit ang femtosecond laseray maaari ding gumawa ng 45 ° micro-mirror sa loob ng photosensitive glass, at ngayon ay isang optical circuit na binubuo ng 3 panloob na micro-mirror ay ginawa. , Maaaring paikutin ang sinag ng 270° sa lugar na 4mmx5mm. Higit pang siyentipiko, ang mga siyentipiko sa Estados Unidos ay gumamit kamakailan ng mga femtosecond laserupang lumikha ng 1cm-long gain optical waveguide, na maaaring makabuo ng signal gain na 3dB/cm malapit sa 1062nm. Ang Fiber Bragg grating ay may mga mabisang katangian ng pagpili ng dalas, madaling pagsamahin sa fiber communication system at may mababang pagkawala. Samakatuwid, ito ay nagpapakita ng mga mayamang katangian ng transmission sa frequency domain at naging isang research hotspot ng mga fiber optic na device. Noong 2000, si Kawamora K et al. gumamit ng dalawang infrared femtosecond laserinterferometry upang makakuha ng mga ibabaw na relief holographic grating sa unang pagkakataon. Nang maglaon, sa pag-unlad ng teknolohiya at teknolohiya ng produksyon, noong 2003 Mihaiby. S et al. ginamit ang Ti: Sapphire femtosecond laserpulse na sinamahan ng zero-order phase plates upang makakuha ng reflective Bragg gratings sa core ng mga fibers ng komunikasyon. Mayroon itong mataas na saklaw ng modulasyon ng refractive index at mahusay na katatagan ng temperatura. Ang photonic crystal ay isang dielectric na istraktura na may panaka-nakang modulasyon ng refractive index sa kalawakan, at ang panahon ng pagbabago nito ay kapareho ng pagkakasunud-sunod ng magnitude ng wavelength ng liwanag. Ang photonic crystal device ay isang bagung-bagong device na kumokontrol sa pagpapalaganap ng mga photon, at naging isang research hotspot sa larangan ng photonics. Noong 2001, Sun H B et al. gumamit ng femtosecond lasers upang gumawa ng mga photonic na kristal na may mga arbitrary na lattice sa germanium-doped silica glass, na maaaring indibidwal na pumili ng mga indibidwal na atom. Noong 2003, si Serbin J et al. gumamit ng femtosecond laserupang himukin ang two-photon polymerization ng mga inorganic-organic hybrid na materyales upang makakuha ng mga three-dimensional na microstructure at photonic crystal na may sukat ng istraktura na mas mababa sa 200nm at isang panahon na 450nm. Nakamit ng mga femtosecond laserang mga resulta ng tagumpay sa larangan ng pagpoproseso ng microphotonic device, upang ang mga directional connector, bandpass filter, multiplexer, optical switch, wavelength converter, at modulator ay maaaring maproseso sa isang "chip" na Planar lightwave loops na may iba pang bahagi ay posible. Naglatag ng pundasyon para sa mga photonic device upang palitan ang mga electronic device. Ang teknolohiya ng Photomask at lithography ay isang pangunahing teknolohiya sa larangan ng microelectronics, na direktang nauugnay sa kalidad at kahusayan sa produksyon ng mga integrated circuit na produkto. Ang mga femtosecond laseray maaaring gamitin upang ayusin ang mga depekto ng photomask, at ang naayos na lapad ng linya ay maaaring umabot sa isang katumpakan na mas mababa sa 100nm. Angfemtosecond laserMaaaring gamitin ang direktang teknolohiya sa pagsulat upang mabilis at epektibong gumawa ng mga de-kalidad na photomask. Ang mga resultang ito ay napakahalaga para sa micro Ang pag-unlad ng elektronikong teknolohiya ay may malaking kahalagahan.
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
