Udvikling og anvendelse af femtosekund laserteknologi
2021-12-15
Siden Maman først opnåede laserpulsoutput i 1960, kan processen med menneskelig komprimering af laserpulsbredde groft opdeles i tre trin: Q-switching teknologistadiet, modelåsende teknologistadium og chirped pulsforstærkningsteknologistadiet. Chirped pulse amplification (CPA) er en ny teknologi udviklet til at overvinde den selvfokuserende effekt, der genereres af solid-state lasermaterialer under femtosekund laserforstærkning. Det giver først ultrakorte impulser genereret af mode-låste lasere. "Positiv chirp", udvid pulsbredden til picosekunder eller endda nanosekunder til forstærkning, og brug derefter chirp-kompensationsmetoden (negativ chirp) til at komprimere pulsbredden efter opnåelse af tilstrækkelig energiforstærkning. Udviklingen af femtosekundlasere er af stor betydning. Før 1990,femtosekund laserimpulser var blevet opnået ved hjælp af farvelaser-moduslåseteknologi med bred forstærkningsbåndbredde. Vedligeholdelsen og styringen af farvelaseren er dog ekstremt kompliceret, hvilket begrænser dens anvendelse. Med forbedringen af kvaliteten af Ti:Sapphire krystaller kan kortere krystaller også bruges til at opnå tilstrækkelig høje forstærkninger til at opnå kort pulsoscillation. I 1991, Spence et al. udviklet en selv-mode-låst Ti:Sapphire femtosekund-laser for første gang. Den vellykkede udvikling af en 60fs pulsbredde Ti:Sapphire femtosekund-laser fremmede i høj grad anvendelsen og udviklingen af femtosekundlasere. I 1994 blev brugen af chirped puls forstærkningsteknologi til at opnå laserimpulser mindre end 10fs, i øjeblikket ved hjælp af Kerr linse selv-mode låseteknologi, optisk parametrisk chirped puls forstærkningsteknologi, hulrumstømningsteknologi, multi-pass forstærkningsteknologi osv. kan lave laser Pulsbredden komprimeres til mindre end 1fs for at komme ind i attosecond-domænet, og laserpulsens spidseffekt øges også fra terawatt (1TW=10^12W) til petawatt (1PW=10^15W). Disse store gennembrud inden for laserteknologi har udløst omfattende og dybtgående ændringer på mange områder. Inden for fysik kan det elektromagnetiske felt med ultrahøj intensitet, der genereres af femtosekundlaseren, generere relativistiske neutroner og kan også direkte manipulere atomer og molekyler. På en stationær nuklear fusionslaseranordning bruges en femtosekund laserpuls til at bestråle deuterium-tritium molekylære klynger. Det kan igangsætte en kernefusionsreaktion og producere et stort antal neutroner. Når femtosekundlaseren interagerer med vand, kan den få brintisotopen deuterium til at gennemgå en kernefusionsreaktion, der genererer enorme mængder energi. Brug af femtosekundlasere til at kontrollere kernefusion kan opnå kontrollerbar kernefusionsenergi. I Universe Physics Laboratory kan plasma med høj energitæthed genereret af lysimpulser med ultrahøj intensitet fra femtosekundlasere reproducere de indre fænomener fra Mælkevejen og stjerner på jorden. Femtosekund-tidsopløsningsmetoden kan tydeligt observere ændringerne af molekylerne placeret i nanospace og deres interne elektroniske tilstande på femtosekunders tidsskala. Inden for biomedicin, på grund af femtosekundlasers høje spidseffekt og effekttæthed, opstår der ofte forskellige ikke-lineære effekter, såsom multifotonionisering og selvfokuserende effekter, når de interagerer med forskellige materialer. Samtidig er interaktionstiden mellem femtosekundlaseren og biologiske væv ubetydelig sammenlignet med den termiske afslapningstid for biologiske væv (i størrelsesordenen ns). For biologiske væv vil en temperaturstigning på få grader blive en trykbølge til nerverne. Cellerne giver smerter og varmeskader på cellerne, så femtosekundlaseren kan opnå smertefri og varmefri behandling. Femtosekund laser har fordelene ved lav energi, små skader, høj nøjagtighed og streng positionering i tredimensionelt rum, som i størst muligt omfang kan imødekomme det biomedicinske felts særlige behov. Femtosekundlaseren bruges til at behandle tænder for at opnå rene og ryddelige kanaler uden kantskader og undgå påvirkning af mekanisk stress og termisk stress forårsaget af langpulslasere (såsom Er:YAG), forkalkning, revner og ru overflader. Når femtosekundlaseren anvendes til finskæring af biologisk væv, kan plasmaluminescensen under femtosekundlaserens interaktion med biologiske væv analyseres ved hjælp af spektrum, og knoglevæv og bruskvæv kan identificeres for at bestemme og kontrollere, hvad er nødvendig i den kirurgiske behandlingsproces Pulsenergi. Denne teknik er af stor betydning for nerve- og rygsøjleoperationer. Femtosekundlaseren med et bølgelængdeområde på 630-1053nm kan udføre sikker, ren, højpræcision ikke-termisk kirurgisk skæring og ablation af menneskelig hjernevæv. En femtosekundlaser med en bølgelængde på 1060nm, en pulsbredde på 800fs, en pulsgentagelsesfrekvens på 2kHz og en pulsenergi på 40μJ kan udføre rene, højpræcision hornhindeskæreoperationer. Femtosekundlaser har karakteristika af ingen termisk skade, hvilket er af stor betydning for lasermyokardierevaskularisering og laserangioplastik. I 2002 brugte Hannover Laser Center i Tyskland en femtosekundlaser til at fuldende den banebrydende produktion af vaskulær stentstruktur på et nyt polymermateriale. Sammenlignet med den tidligere rustfri stålstent har denne vaskulære stent god biokompatibilitet og biologisk kompatibilitet. Nedbrydelighed er af stor betydning for behandlingen af koronar hjertesygdom. I kliniske tests og bioassays kan femtosekund laserteknologi automatisk skære organismers biologiske væv på mikroskopisk niveau og opnå tredimensionelle billeder i høj opløsning. Denne teknologi er af stor betydning for diagnosticering og behandling af kræft og studiet af genetiske mutationer i dyr 368. Inden for genteknologi. I 2001 brugte K.Konig fra Tyskland Ti:Sapphirefemtosekund laserat udføre nanoskala operationer på menneskeligt DNA (kromosomer) (minimum skærebredde 100nm). I 2002 brugte U.irlapur og Koing enfemtosekund laserat lave en reversibel mikropore i kræftcellemembranen, og derefter lod DNA komme ind i cellen gennem dette hul. Senere lukkede cellens egen vækst hullet og opnåede dermed genoverførsel. Denne teknik har fordelene ved høj pålidelighed og god transplantationseffekt og er af stor betydning for transplantation af fremmed genetisk materiale ind i forskellige celler inklusive stamceller. Inden for celleteknik bruges femtosekundlasere til at opnå nanokirurgiske operationer i levende celler uden at beskadige cellemembranen. Disse femtosekund laseroperationsteknikker har positiv betydning for forskningen i genterapi, celledynamik, cellepolaritet, lægemiddelresistens og de forskellige komponenter i celler og subcellulær heterogen struktur. Inden for optisk fiberkommunikation er responstiden for halvlederoptoelektroniske enhedsmaterialer "flaskehalsen", der begrænser superkommerciel hastighed optisk fiberkommunikation. Anvendelsen af femtosekund kohærent styringsteknologi får hastigheden af optiske halvlederswitches til at nå 10000Gbit/s, som endelig kan nå den teoretiske grænse for kvantemekanik. . Derudover anvendes Fourier-bølgeformsteknologien for femtosekund-laserimpulser til optisk kommunikation med stor kapacitet, såsom tidsdelt multipleksing, bølgelængdemultipleksing og kodedelingsmultipleksadgang, og en datatransmissionshastighed på 1Tbit/s kan opnås. Inden for ultrafin behandling, den stærke selvfokuserende effekt affemtosekund laserpulser i transparente medier gør laserbrændpunktet mindre end diffraktionsgrænsen, hvilket forårsager mikroeksplosioner inde i det transparente materiale til at danne stereopixel med sub-mikron diametre. Ved hjælp af denne metode kan højdensitet tredimensionel optisk lagring udføres, og lagringstætheden kan nå 10^12bits/cm3. Og kan realisere hurtig datalæsning, skrivning og parallel dataadgang. Krydstalen mellem tilstødende databitlag er meget lille, og tredimensionel lagringsteknologi er blevet en ny forskningsretning i udviklingen af den nuværende masselagringsteknologi. Optiske bølgeledere, stråledelere, koblere osv. er de grundlæggende optiske komponenter i integreret optik. Ved at bruge femtosekundlasere på en computerstyret behandlingsplatform kan todimensionelle og tredimensionelle optiske bølgeledere af enhver form fremstilles på enhver position inde i materialet. , Beam splitter, kobler og andre fotoniske enheder, og kan kobles med standard optisk fiber, ved hjælp af femtosekund laser kan også lave 45 ° mikrospejl inde i det lysfølsomme glas, og nu er et optisk kredsløb bestående af 3 interne mikrospejle blevet produceret , Kan få strålen til at rotere 270° i området 4mmx5mm. Mere videnskabeligt har forskere i USA for nylig brugt femtosekundlasere til at skabe en 1 cm lang forstærkningsoptisk bølgeleder, som kan generere en signalforstærkning på 3dB/cm nær 1062nm. Fiber Bragg-rist har effektive frekvensvalgskarakteristika, er let at koble til fiberkommunikationssystem og har lavt tab. Derfor udviser det rige transmissionskarakteristika i frekvensdomænet og er blevet et forskningshotspot for fiberoptiske enheder. I 2000, Kawamora K et al. brugte to infrarøde femtosekunders laserinterferometri for at opnå overfladerelief holografiske gitre for første gang. Senere, med udviklingen af produktionsteknologi og teknologi, i 2003 Mihaiby. S et al. brugte Ti:Sapphire femtosekund laserimpulser kombineret med nul-ordens faseplader for at opnå reflekterende Bragg-gitre på kernen af kommunikationsfibre. Den har et højt brydningsindeksmodulationsområde og god temperaturstabilitet. Den fotoniske krystal er en dielektrisk struktur med periodisk modulering af brydningsindeks i rummet, og dens ændringsperiode er af samme størrelsesorden som lysets bølgelængde. Den fotoniske krystalenhed er en helt ny enhed, der styrer udbredelsen af fotoner, og er blevet et forskningshotspot inden for fotonik. I 2001, Sun H B et al. brugt femtosekundlasere til at fremstille fotoniske krystaller med vilkårlige gitter i germanium-doteret silicaglas, som individuelt kan udvælge individuelle atomer. I 2003, Serbin J et al. brugt femtosekund-laser til at inducere to-foton-polymerisation af uorganisk-organiske hybridmaterialer for at opnå tredimensionelle mikrostrukturer og fotoniske krystaller med en strukturstørrelse på mindre end 200 nm og en periode på 450 nm. Femtosekundlasere har opnået banebrydende resultater inden for behandling af mikrofotoniske anordninger, således at retningsbestemte konnektorer, båndpasfiltre, multipleksere, optiske switche, bølgelængdekonvertere og modulatorer kan behandles på en "chip" Plane lysbølgesløjfer med andre komponenter er mulige. Lagde et grundlag for fotoniske enheder til at erstatte elektroniske enheder. Fotomaske- og litografiteknologi er en nøgleteknologi inden for mikroelektronik, som er direkte relateret til kvaliteten og produktionseffektiviteten af integrerede kredsløbsprodukter. Femtosekund lasere kan bruges til at reparere fejlene i fotomasken, og den reparerede linjebredde kan nå en nøjagtighed på mindre end 100nm. Detfemtosekund laserdirekte skrivningsteknologi kan bruges til hurtigt og effektivt at fremstille fotomasker af høj kvalitet. Disse resultater er meget vigtige for mikro Udviklingen af elektronisk teknologi er af stor betydning.
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
