มีเอกลักษณ์เลเซอร์ความเร็วสูงส่วนที่สอง
การกระจายและการแพร่กระจายพัลส์: การกระจายความล่าช้าแบบกลุ่ม
ความท้าทายทางเทคนิคที่ยากที่สุดประการหนึ่งที่พบเมื่อใช้เลเซอร์ความเร็วสูงคือการรักษาระยะเวลาของพัลส์ความเร็วสูงที่ปล่อยออกมาในตอนแรกเลเซอร์พัลส์ความเร็วสูงมีความอ่อนไหวต่อการบิดเบือนเวลาอย่างมาก ซึ่งทำให้พัลส์มีความยาวมากขึ้น ผลกระทบนี้จะยิ่งรุนแรงขึ้นเมื่อระยะเวลาของพัลส์เริ่มต้นสั้นลง แม้ว่าเลเซอร์ความเร็วสูงสามารถปล่อยพัลส์ได้เป็นระยะเวลา 50 วินาที แต่สามารถเพิ่มระยะเวลาของพัลส์ได้โดยใช้กระจกและเลนส์เพื่อส่งพัลส์ไปยังตำแหน่งเป้าหมาย หรือแม้แต่ส่งพัลส์ผ่านอากาศ
การบิดเบือนเวลานี้วัดปริมาณโดยใช้วิธีการที่เรียกว่าการกระจายแบบหน่วงเวลาแบบกลุ่ม (GDD) หรือที่รู้จักกันในชื่อการกระจายแบบลำดับที่สอง อันที่จริง ยังมีคำศัพท์การกระจายแบบลำดับสูงที่อาจส่งผลต่อการกระจายเวลาของพัลส์อัลตราฟาร์ตเลเซอร์ แต่ในทางปฏิบัติ การตรวจสอบผลของ GDD เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้ว GDD เป็นค่าที่ขึ้นกับความถี่ซึ่งแปรผันเป็นเส้นตรงกับความหนาของวัสดุที่กำหนด โดยทั่วไปแล้ว เลนส์ส่งผ่าน เช่น เลนส์ หน้าต่าง และส่วนประกอบวัตถุ มีค่า GDD เป็นบวก ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อพัลส์ถูกบีบอัดแล้ว จะทำให้เลนส์ส่งผ่านมีระยะเวลาพัลส์ที่นานกว่าพัลส์ที่ปล่อยออกมาจากระบบเลเซอร์ส่วนประกอบที่มีความถี่ต่ำกว่า (เช่น ความยาวคลื่นยาวกว่า) แพร่กระจายได้เร็วกว่าส่วนประกอบที่มีความถี่สูงกว่า (เช่น ความยาวคลื่นสั้นกว่า) เมื่อพัลส์เคลื่อนที่ผ่านสสารมากขึ้น ความยาวคลื่นในพัลส์จะขยายออกไปเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป สำหรับพัลส์ที่มีระยะเวลาสั้นกว่า และด้วยเหตุนี้จึงมีแบนด์วิดท์กว้างกว่า ผลกระทบนี้จะยิ่งรุนแรงขึ้น และอาจส่งผลให้เกิดการบิดเบือนเวลาของพัลส์อย่างมีนัยสำคัญ
การใช้งานเลเซอร์แบบเร็วพิเศษ
สเปกโตรสโคปี
นับตั้งแต่การกำเนิดของแหล่งกำเนิดเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ สเปกโทรสโกปีก็เป็นหนึ่งในการประยุกต์ใช้หลัก การลดระยะเวลาของพัลส์ลงเหลือเพียงเฟมโตวินาทีหรือแม้แต่แอตโตวินาที ช่วยให้สามารถบรรลุกระบวนการพลวัตทางฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาที่ในอดีตไม่สามารถสังเกตได้ หนึ่งในกระบวนการสำคัญคือการเคลื่อนที่ของอะตอม และการสังเกตการเคลื่อนที่ของอะตอมได้ช่วยพัฒนาความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับกระบวนการพื้นฐานต่างๆ เช่น การสั่นสะเทือนของโมเลกุล การแยกตัวของโมเลกุล และการถ่ายโอนพลังงานในโปรตีนสังเคราะห์แสง
การสร้างภาพทางชีวภาพ
เลเซอร์อัลตราฟาสต์กำลังสูงสุดรองรับกระบวนการแบบไม่เชิงเส้นและปรับปรุงความละเอียดสำหรับการถ่ายภาพทางชีวภาพ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบหลายโฟตอน ในระบบหลายโฟตอน เพื่อสร้างสัญญาณแบบไม่เชิงเส้นจากตัวกลางทางชีวภาพหรือเป้าหมายเรืองแสง โฟตอนสองตัวจะต้องซ้อนทับกันทั้งในด้านพื้นที่และเวลา กลไกแบบไม่เชิงเส้นนี้ช่วยเพิ่มความละเอียดในการถ่ายภาพโดยลดสัญญาณเรืองแสงพื้นหลังซึ่งเป็นปัญหาสำคัญในการศึกษากระบวนการโฟตอนเดี่ยวลงอย่างมาก ภาพประกอบสัญญาณพื้นหลังแบบง่าย บริเวณกระตุ้นที่เล็กลงของกล้องจุลทรรศน์แบบหลายโฟตอนยังช่วยป้องกันความเป็นพิษจากแสงและลดความเสียหายต่อตัวอย่างให้น้อยที่สุด
รูปที่ 1: ตัวอย่างแผนภาพเส้นทางลำแสงในการทดลองกล้องจุลทรรศน์หลายโฟตอน
การประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์
แหล่งกำเนิดเลเซอร์ความเร็วสูงยังได้ปฏิวัติวงการไมโครแมชชีนนิ่งเลเซอร์และกระบวนการแปรรูปวัสดุ เนื่องจากพัลส์ความเร็วสูงมีปฏิกิริยากับวัสดุในลักษณะเฉพาะตัว ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เมื่อพูดถึง LDT ระยะเวลาของพัลส์ความเร็วสูงจะเร็วกว่าช่วงเวลาการแพร่กระจายความร้อนเข้าสู่โครงตาข่ายของวัสดุ เลเซอร์ความเร็วสูงจะสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่เล็กกว่ามากเลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีส่งผลให้การสูญเสียจากแผลผ่าตัดลดลงและการตัดเฉือนแม่นยำยิ่งขึ้น หลักการนี้ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์ได้ ซึ่งความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นของการตัดด้วยเลเซอร์อัลตราฟาร์ทช่วยลดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อโดยรอบและยกระดับประสบการณ์ของผู้ป่วยระหว่างการผ่าตัดด้วยเลเซอร์
พัลส์อัตโตวินาที: อนาคตของเลเซอร์ความเร็วสูง
ในขณะที่การวิจัยพัฒนาเลเซอร์ความเร็วสูงอย่างต่อเนื่อง แหล่งกำเนิดแสงแบบใหม่ที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นซึ่งมีระยะเวลาพัลส์สั้นลงก็กำลังได้รับการพัฒนาขึ้น เพื่อให้เข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่รวดเร็วขึ้น นักวิจัยหลายคนจึงมุ่งเน้นไปที่การสร้างพัลส์แอตโตวินาที ซึ่งใช้เวลาประมาณ 10-18 วินาทีในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว (XUV) พัลส์แอตโตวินาทีช่วยให้สามารถติดตามการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และพัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และกลศาสตร์ควอนตัม แม้ว่าการนำเลเซอร์แอตโตวินาที XUV มาใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมจะยังไม่คืบหน้ามากนัก แต่การวิจัยและความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในสาขานี้แทบจะผลักดันเทคโนโลยีนี้ออกจากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตอย่างแน่นอน เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับเฟมโตวินาทีและพิโควินาทีแหล่งกำเนิดเลเซอร์.
เวลาโพสต์: 25 มิ.ย. 2567