มีเอกลักษณ์เลเซอร์อุลตราฟาสต์ส่วนที่สอง
การกระจายและการแพร่กระจายพัลส์: การกระจายความล่าช้าแบบกลุ่ม
ความท้าทายทางเทคนิคที่ยากที่สุดประการหนึ่งที่พบเมื่อใช้เลเซอร์ความเร็วสูงคือการรักษาระยะเวลาของพัลส์ความเร็วสูงที่ปล่อยออกมาในตอนแรกเลเซอร์พัลส์ความเร็วสูงนั้นไวต่อการบิดเบือนเวลามาก ซึ่งทำให้พัลส์มีระยะเวลานานขึ้น ผลกระทบนี้จะแย่ลงเมื่อระยะเวลาของพัลส์เริ่มต้นสั้นลง แม้ว่าเลเซอร์ความเร็วสูงสามารถปล่อยพัลส์ได้เป็นระยะเวลา 50 วินาที แต่สามารถขยายเวลาได้ด้วยการใช้กระจกและเลนส์เพื่อส่งพัลส์ไปยังตำแหน่งเป้าหมาย หรืออาจส่งพัลส์ผ่านอากาศก็ได้
การบิดเบือนเวลาจะถูกวัดโดยใช้การวัดที่เรียกว่าการกระจายแบบกลุ่มที่ล่าช้า (GDD) หรือที่เรียกว่าการกระจายลำดับที่สอง ในความเป็นจริง ยังมีเงื่อนไขการกระจายลำดับที่สูงกว่าซึ่งอาจส่งผลต่อการกระจายเวลาของพัลส์อัลตราฟาร์ตเลเซอร์ แต่ในทางปฏิบัติ มักจะเพียงพอที่จะตรวจสอบผลกระทบของ GDD GDD เป็นค่าที่ขึ้นอยู่กับความถี่ซึ่งแปรผันเชิงเส้นตามความหนาของวัสดุที่กำหนด เลนส์สำหรับส่งสัญญาณ เช่น เลนส์ หน้าต่าง และส่วนประกอบวัตถุ มักจะมีค่า GDD ที่เป็นบวก ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อพัลส์ถูกบีบอัดแล้ว จะทำให้เลนส์สำหรับส่งสัญญาณมีระยะเวลาพัลส์ที่ยาวนานกว่าพัลส์ที่ปล่อยออกมาจากระบบเลเซอร์ส่วนประกอบที่มีความถี่ต่ำกว่า (กล่าวคือ ความยาวคลื่นยาวกว่า) จะแพร่กระจายได้เร็วกว่าส่วนประกอบที่มีความถี่สูงกว่า (กล่าวคือ ความยาวคลื่นสั้นกว่า) เมื่อพัลส์ผ่านสสารมากขึ้น ความยาวคลื่นในพัลส์จะขยายออกไปเรื่อยๆ ในเวลาต่อมา สำหรับพัลส์ที่มีระยะเวลาสั้นกว่า และด้วยเหตุนี้จึงมีแบนด์วิดท์กว้างกว่า ผลกระทบนี้จะยิ่งรุนแรงขึ้นและอาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนเวลาของพัลส์ได้อย่างมาก
การใช้งานเลเซอร์แบบรวดเร็วพิเศษ
สเปกโตรสโคปี
นับตั้งแต่มีแหล่งกำเนิดเลเซอร์ความเร็วสูง การสเปกโตรสโคปีก็เป็นหนึ่งในสาขาการประยุกต์ใช้หลักของสเปกโตรสโคปี การลดระยะเวลาของพัลส์ลงเหลือเพียงเฟมโตวินาทีหรือแม้กระทั่งแอตโตวินาที ทำให้ปัจจุบันสามารถบรรลุกระบวนการไดนามิกในฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาที่ในอดีตไม่สามารถสังเกตได้ กระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งคือการเคลื่อนที่ของอะตอม และการสังเกตการเคลื่อนที่ของอะตอมได้ช่วยพัฒนาความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกระบวนการพื้นฐาน เช่น การสั่นสะเทือนของโมเลกุล การแยกตัวของโมเลกุล และการถ่ายโอนพลังงานในโปรตีนที่สังเคราะห์แสง
การสร้างภาพทางชีวภาพ
เลเซอร์อัลตราฟาสต์กำลังสูงสุดรองรับกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้นและปรับปรุงความละเอียดสำหรับการถ่ายภาพทางชีวภาพ เช่น กล้องจุลทรรศน์หลายโฟตอน ในระบบหลายโฟตอน เพื่อสร้างสัญญาณที่ไม่เป็นเชิงเส้นจากสื่อทางชีวภาพหรือเป้าหมายเรืองแสง โฟตอนสองตัวจะต้องทับซ้อนกันในเชิงพื้นที่และเวลา กลไกที่ไม่เป็นเชิงเส้นนี้ปรับปรุงความละเอียดของการถ่ายภาพโดยลดสัญญาณเรืองแสงพื้นหลังอย่างมาก ซึ่งเป็นปัญหาในการศึกษากระบวนการโฟตอนเดี่ยว พื้นหลังสัญญาณที่เรียบง่ายได้รับการแสดงไว้แล้ว บริเวณเร้าที่เล็กกว่าของกล้องจุลทรรศน์หลายโฟตอนยังช่วยป้องกันพิษจากแสงและลดความเสียหายต่อตัวอย่างให้น้อยที่สุด
รูปที่ 1: แผนภาพตัวอย่างของเส้นทางลำแสงในการทดลองกล้องจุลทรรศน์หลายโฟตอน
การประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์
แหล่งกำเนิดเลเซอร์ความเร็วสูงยังปฏิวัติการผลิตไมโครแมชชีนนิ่งด้วยเลเซอร์และการประมวลผลวัสดุด้วย เนื่องจากพัลส์ความเร็วสูงมีปฏิกิริยากับวัสดุในลักษณะเฉพาะตัว ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เมื่อพูดถึง LDT ระยะเวลาของพัลส์ความเร็วสูงจะเร็วกว่าช่วงเวลาของการแพร่กระจายความร้อนเข้าไปในโครงตาข่ายของวัสดุ เลเซอร์ความเร็วสูงจะสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่มีขนาดเล็กกว่ามากเลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีส่งผลให้การสูญเสียจากการผ่าตัดลดลงและการตัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น หลักการนี้ยังนำไปประยุกต์ใช้กับการแพทย์ได้อีกด้วย โดยที่ความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นของการตัดด้วยเลเซอร์อัลตราฟาร์ตช่วยลดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อโดยรอบและปรับปรุงประสบการณ์ของผู้ป่วยระหว่างการผ่าตัดด้วยเลเซอร์
พัลส์แอตโตวินาที: อนาคตของเลเซอร์ความเร็วสูง
ในขณะที่การวิจัยพัฒนาเลเซอร์ความเร็วสูงอย่างต่อเนื่อง แหล่งกำเนิดแสงแบบใหม่และดีขึ้นซึ่งมีระยะเวลาพัลส์สั้นลงก็กำลังได้รับการพัฒนา เพื่อให้เข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่เร็วขึ้น นักวิจัยหลายคนจึงมุ่งเน้นไปที่การสร้างพัลส์แอตโตวินาที ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 10-18 วินาทีในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง (XUV) พัลส์แอตโตวินาทีช่วยให้ติดตามการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้ และปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และกลศาสตร์ควอนตัม แม้ว่าการรวมเลเซอร์แอตโตวินาที XUV เข้ากับกระบวนการทางอุตสาหกรรมจะยังไม่มีความคืบหน้าที่สำคัญ แต่การวิจัยและความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในสาขานี้จะผลักดันเทคโนโลยีนี้ออกจากห้องทดลองและเข้าสู่การผลิตอย่างแน่นอน เช่นเดียวกับกรณีของเฟมโตวินาทีและพิโกวินาทีแหล่งกำเนิดเลเซอร์.
เวลาโพสต์: 25 มิ.ย. 2567