Dezvoltarea și aplicarea tehnologiei laser femtosecunde
2021-12-15
De când Maman a obținut pentru prima dată ieșirea impulsului laser în 1960, procesul de comprimare umană a lățimii impulsului laser poate fi împărțit aproximativ în trei etape: stadiul tehnologiei Q-switching, stadiul tehnologiei de blocare a modului și stadiul tehnologiei de amplificare a impulsului ciripit. Chirped Pulse Amplification (CPA) este o nouă tehnologie dezvoltată pentru a depăși efectul de auto-focalizare generat de materialele laser cu stare solidă în timpul amplificării laser cu femtosecunde. Mai întâi furnizează impulsuri ultrascurte generate de laserele blocate în mod. „Cripit pozitiv”, extindeți lățimea pulsului la picosecunde sau chiar nanosecunde pentru amplificare și apoi utilizați metoda de compensare a ciripitului (ciripit negativ) pentru a comprima lățimea pulsului după obținerea unei amplificari suficiente a energiei. Dezvoltarea laserelor femtosecunde este de mare importanță. Înainte de 1990,laser femtosecundeimpulsurile au fost obținute folosind tehnologia de blocare a modului cu laser colorant cu lățime de bandă largă de câștig. Cu toate acestea, întreținerea și gestionarea laserului colorant este extrem de complicată, ceea ce limitează aplicarea acestuia. Odată cu îmbunătățirea calității cristalelor Ti:Sapphire, cristalele mai scurte pot fi, de asemenea, utilizate pentru a obține câștiguri suficient de mari pentru a obține o oscilație a impulsului scurt. În 1991, Spence și colab. a dezvoltat pentru prima dată un laser de femtosecundă Ti:Sapphire cu blocare automată. Dezvoltarea cu succes a unui laser de femtosecunde Ti:Sapphire cu lățimea impulsului de 60 fs a promovat foarte mult aplicarea și dezvoltarea laserelor femtosecunde. În 1994, utilizarea tehnologiei de amplificare a impulsurilor ciripit pentru a obține impulsuri laser mai mici de 10fs, în prezent cu ajutorul tehnologiei de blocare a lentilelor Kerr, tehnologia de amplificare a impulsurilor optice parametrice, tehnologia de golire a cavității, tehnologia de amplificare multi-pass etc. poate face laser Lățimea impulsului este comprimată la mai puțin de 1fs pentru a intra în domeniul attosecunde, iar puterea de vârf a impulsului laser este, de asemenea, crescută de la terawatt (1TW=10^12W) la petawatt (1PW=10^15W). Aceste descoperiri majore în tehnologia laser au declanșat schimbări extinse și profunde în multe domenii. În domeniul fizicii, câmpul electromagnetic de intensitate ultra-înaltă generat de laserul femtosecunde poate genera neutroni relativiști și, de asemenea, poate manipula direct atomii și moleculele. Pe un dispozitiv laser de fuziune nucleară de birou, un impuls laser de femtosecundă este utilizat pentru a iradia clustere moleculare de deuteriu-tritiu. Poate iniția o reacție de fuziune nucleară și poate produce un număr mare de neutroni. Atunci când laserul de femtosecundă interacționează cu apa, poate determina izotopul hidrogenului deuteriu să sufere o reacție de fuziune nucleară, generând cantități uriașe de energie. Utilizarea laserelor femtosecunde pentru a controla fuziunea nucleară poate obține energie de fuziune nucleară controlabilă. În Laboratorul de Fizică a Universului, plasma de înaltă densitate energetică generată de impulsuri de lumină de intensitate ultra-înaltă ale laserelor femtosecunde poate reproduce fenomenele interne ale Căii Lactee și ale stelelor de pe sol. Metoda rezoluției în timp femtosecunde poate observa în mod clar modificările moleculelor plasate în nanospațiu și stările lor electronice interne pe scara de timp a femtosecundelor. În domeniul biomedicinei, datorită puterii de vârf ridicate și a densității de putere a laserelor femtosecunde, diferite efecte neliniare, cum ar fi ionizarea multifotonului și efectele de autofocalizare sunt adesea cauzate atunci când interacționează cu diferite materiale. În același timp, timpul de interacțiune dintre laserul femtosecunde și țesuturile biologice este nesemnificativ în comparație cu timpul de relaxare termică a țesuturilor biologice (de ordinul ns). Pentru țesuturile biologice, o creștere a temperaturii de câteva grade va deveni o undă de presiune asupra nervilor. Celulele produc durere și daune prin căldură celulelor, astfel încât laserul cu femtosecundă poate realiza un tratament fără durere și fără căldură. Laserul cu femtosecundă are avantajele energiei reduse, daune mici, precizie ridicată și poziționare strictă în spațiul tridimensional, care poate satisface nevoile speciale ale domeniului biomedical în cea mai mare măsură. Laserul de femtosecundă este utilizat pentru a trata dinții pentru a obține canale curate și ordonate, fără nicio deteriorare a marginilor, evitând influența stresului mecanic și a tensiunilor termice cauzate de laserele cu impuls lung (cum ar fi Er:YAG), calcificarea, fisurile și suprafețele rugoase. Atunci când laserul femtosecundă este aplicat la tăierea fină a țesuturilor biologice, luminiscența plasmei în timpul interacțiunii laserului femtosecunde cu țesuturile biologice poate fi analizată prin spectru, iar țesutul osos și țesutul cartilajului pot fi identificate, astfel încât să se determine și să controleze ce este necesar în procesul de tratament chirurgical Energia pulsului. Această tehnică este de mare importanță pentru chirurgia nervilor și coloanei vertebrale. Laserul femtosecundă cu o gamă de lungimi de undă de 630-1053 nm poate efectua tăierea și ablația chirurgicală non-termică sigură, curată și de înaltă precizie a țesutului creierului uman. Un laser de femtosecundă cu o lungime de undă de 1060 nm, o lățime a impulsului de 800 fs, o frecvență de repetare a pulsului de 2 kHz și o energie a impulsului de 40 μJ poate efectua operații de tăiere a corneei curate și de înaltă precizie. Laserul cu femtosecundă are caracteristicile lipsei de deteriorare termică, ceea ce este de mare importanță pentru revascularizarea miocardică cu laser și angioplastia cu laser. În 2002, Centrul Laser din Hanovra din Germania a folosit un laser de femtosecundă pentru a finaliza producția inovatoare a structurii stentului vascular pe un nou material polimeric. În comparație cu stentul anterior din oțel inoxidabil, acest stent vascular are o bună biocompatibilitate și compatibilitate biologică. Degradabilitatea este de mare importanță pentru tratamentul bolii coronariene. În testele clinice și biotestele, tehnologia laser femtosecundă poate tăia automat țesuturile biologice ale organismelor la nivel microscopic și poate obține imagini tridimensionale de înaltă definiție. Această tehnologie este de mare importanță pentru diagnosticul și tratamentul cancerului și studiul mutațiilor genetice ale animalelor. În domeniul ingineriei genetice. În 2001, K.Konig din Germania a folosit Ti:Sapphirelaser femtosecundepentru a efectua operații la scară nanometrică pe ADN-ul uman (cromozomi) (lățimea minimă de tăiere 100nm). În 2002, U.irlapur și Koing au folosit alaser femtosecundepentru a face un micropor reversibil în membrana celulei canceroase și apoi a permis ADN-ului să intre în celulă prin această gaură. Mai târziu, creșterea proprie a celulei a închis gaura, realizând astfel cu succes transferul de gene. Această tehnică are avantajele fiabilității ridicate și efectului de transplant bun și este de mare importanță pentru transplantul de material genetic străin în diferite celule, inclusiv celule stem. În domeniul ingineriei celulare, laserele femtosecunde sunt utilizate pentru a realiza operații de nano-chirurgie în celulele vii fără a deteriora membrana celulară. Aceste tehnici de operare cu laser femtosecunde au o semnificație pozitivă pentru cercetarea terapiei genice, a dinamicii celulare, a polarității celulei, a rezistenței la medicamente și a diferitelor componente ale celulelor și structurii eterogene subcelulare. În domeniul comunicațiilor cu fibră optică, timpul de răspuns al materialelor dispozitivelor optoelectronice semiconductoare este „gâtul de sticlă” care restricționează viteza super-comercială a comunicațiilor cu fibră optică. Aplicarea tehnologiei de control coerent femtosecunde face ca viteza comutatoarelor optice semiconductoare să ajungă la 10000 Gbit/s, care poate atinge în sfârșit limita teoretică a mecanicii cuantice. . În plus, tehnologia de modelare a formei de undă Fourier a impulsurilor laser femtosecunde este aplicată comunicațiilor optice de mare capacitate, cum ar fi multiplexarea pe diviziune în timp, multiplexarea pe diviziune în lungime de undă și accesul multiplu cu diviziunea codului și poate fi obținută o rată de transmisie a datelor de 1 Tbit/s. În domeniul prelucrării ultrafine, efectul puternic de auto-focalizare allaser femtosecundeimpulsurile în medii transparente fac ca punctul focal laser să fie mai mic decât limita de difracție, provocând microexplozii în interiorul materialului transparent pentru a forma pixeli stereo cu diametre sub-micronice. Folosind această metodă, se poate realiza stocarea optică tridimensională de înaltă densitate, iar densitatea de stocare poate ajunge la 10^12 biți/cm3. Și poate realiza citirea, scrierea rapidă a datelor și acces aleatoriu la date paralele. Diafonia dintre straturile de biți de date adiacente este foarte mică, iar tehnologia de stocare tridimensională a devenit o nouă direcție de cercetare în dezvoltarea tehnologiei actuale de stocare în masă. Ghidurile de undă optice, divizoarele de fascicul, cuplele etc. sunt componentele optice de bază ale opticii integrate. Folosind lasere femtosecunde pe o platformă de procesare controlată de computer, ghiduri de undă optice bidimensionale și tridimensionale de orice formă pot fi realizate în orice poziție din interiorul materialului. , Divizor de fascicul, cuplaj și alte dispozitive fotonice și pot fi cuplate cu fibră optică standard, folosind laserul femtosecunde se poate face și o micro-oglindă de 45 ° în interiorul sticlei fotosensibile, iar acum a fost produs un circuit optic compus din 3 micro-oglinzi interne. , Poate face ca fasciculul să se rotească 270° în zona de 4mmx5mm. Din punct de vedere mai științific, oamenii de știință din Statele Unite au folosit recent lasere femtosecunde pentru a crea un ghid de undă optic cu câștig de 1 cm lungime, care poate genera un câștig de semnal de 3 dB/cm aproape de 1062 nm. Rețeaua Fiber Bragg are caracteristici eficiente de selecție a frecvenței, este ușor de cuplat cu sistemul de comunicație cu fibră și are pierderi reduse. Prin urmare, prezintă caracteristici bogate de transmisie în domeniul frecvenței și a devenit un punct fierbinte de cercetare al dispozitivelor cu fibră optică. În 2000, Kawamora K et al. a folosit două interferometrie laser în infraroșu femtosecundă pentru a obține pentru prima dată rețele holografice în relief de suprafață. Ulterior, odată cu dezvoltarea tehnologiei și tehnologiei de producție, în 2003 Mihaiby. S şi colab. a folosit impulsuri laser de femtosecundă Ti:Sapphire combinate cu plăci de fază de ordin zero pentru a obține rețele Bragg reflectorizante pe miezul fibrelor de comunicație. Are o gamă mare de modulare a indicelui de refracție și o bună stabilitate la temperatură. Cristalul fotonic este o structură dielectrică cu modularea periodică a indicelui de refracție în spațiu, iar perioada de schimbare a acestuia este de același ordin de mărime ca și lungimea de undă a luminii. Dispozitivul cu cristal fotonic este un dispozitiv nou-nouț care controlează propagarea fotonilor și a devenit un punct fierbinte de cercetare în domeniul fotonicii. În 2001, Sun H B și colab. au folosit lasere de femtosecundă pentru a fabrica cristale fotonice cu rețele arbitrare din sticlă de silice dopată cu germaniu, care poate selecta individual atomii individuali. În 2003, Serbin J et al. a folosit laserul femtosecunde pentru a induce polimerizarea cu doi fotoni a materialelor hibride anorganic-organice pentru a obține microstructuri tridimensionale și cristale fotonice cu o dimensiune a structurii mai mică de 200 nm și o perioadă de 450 nm. Laserele femtosecunde au obținut rezultate revoluționare în domeniul prelucrării dispozitivelor microfotonice, astfel încât conectorii direcționali, filtrele trece-bandă, multiplexoarele, comutatoarele optice, convertoarele de lungime de undă și modulatorii pot fi procesate pe un „cip” Bucle de unde luminoase planare cu alte componente sunt posibile. A pus bazele dispozitivelor fotonice care să înlocuiască dispozitivele electronice. Tehnologia fotomască și litografie este o tehnologie cheie în domeniul microelectronică, care este direct legată de calitatea și eficiența producției produselor cu circuit integrat. Laserele femtosecunde pot fi folosite pentru a repara defectele fotomascii, iar lățimea liniei reparate poate atinge o precizie mai mică de 100 nm. Thelaser femtosecundetehnologia de scriere directă poate fi utilizată pentru a produce rapid și eficient măști foto de înaltă calitate. Aceste rezultate sunt foarte importante pentru micro Dezvoltarea tehnologiei electronice este de mare importanță.
Drepturi de autor @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Module de fibră optică din China, producători de lasere cuplate cu fibră, furnizori de componente laser Toate drepturile rezervate.
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
