O desenvolvimento e aplicação da tecnologia laser de femtossegundos
2021-12-15
Desde que Maman obteve a saída de pulso de laser pela primeira vez em 1960, o processo de compressão humana da largura de pulso de laser pode ser dividido em três estágios: estágio de tecnologia Q-switching, estágio de tecnologia de bloqueio de modo e estágio de tecnologia de amplificação de pulso chilreado. A amplificação de pulso chirped (CPA) é uma nova tecnologia desenvolvida para superar o efeito de auto-focagem gerado por materiais de laser de estado sólido durante a amplificação de laser de femtosegundo. Ele primeiro fornece pulsos ultracurtos gerados por lasers de modo bloqueado. "Chirp positivo", expanda a largura do pulso para picossegundos ou mesmo nanossegundos para amplificação e, em seguida, use o método de compensação de chirp (chirp negativo) para comprimir a largura do pulso após obter amplificação de energia suficiente. O desenvolvimento de lasers de femtossegundos é de grande importância. Antes de 1990,laser de femtossegundopulsos foram obtidos usando tecnologia de bloqueio de modo de laser de corante com largura de banda de ganho amplo. No entanto, a manutenção e o gerenciamento do laser de corante são extremamente complicados, o que limita sua aplicação. Com a melhoria da qualidade dos cristais de Ti:Safira, cristais mais curtos também podem ser usados para obter ganhos suficientemente altos para obter oscilação de pulso curto. Em 1991, Spence et al. desenvolveu pela primeira vez um laser de femtosegundo Ti:Sapphire auto-bloqueado. O desenvolvimento bem-sucedido de um laser de femtosegundo Ti:Sapphire com largura de pulso de 60fs promoveu grandemente a aplicação e o desenvolvimento de lasers de femtosegundo. Em 1994, o uso da tecnologia de amplificação de pulso chilreado para obter pulsos de laser inferiores a 10fs, atualmente com a ajuda da tecnologia de bloqueio de modo automático da lente Kerr, tecnologia de amplificação de pulso chirped paramétrico óptico, tecnologia de esvaziamento de cavidade, tecnologia de amplificação multi-pass, etc. pode fazer laser A largura do pulso é comprimida para menos de 1fs para entrar no domínio de attossegundos, e a potência de pico do pulso do laser também é aumentada de terawatt (1TW=10^12W) para petawatt (1PW=10^15W). Esses grandes avanços na tecnologia a laser provocaram mudanças extensas e profundas em muitos campos. No campo da física, o campo eletromagnético de ultra-alta intensidade gerado pelo laser de femtossegundo pode gerar nêutrons relativísticos e também pode manipular diretamente átomos e moléculas. Em um dispositivo de laser de fusão nuclear de mesa, um pulso de laser de femtosegundo é usado para irradiar aglomerados moleculares de deutério-trítio. Ele pode iniciar uma reação de fusão nuclear e produzir um grande número de nêutrons. Quando o laser de femtosegundo interage com a água, pode fazer com que o isótopo de hidrogênio deutério sofra uma reação de fusão nuclear, gerando enormes quantidades de energia. O uso de lasers de femtossegundos para controlar a fusão nuclear pode obter energia de fusão nuclear controlável. No Laboratório de Física do Universo, o plasma de alta densidade de energia gerado por pulsos de luz de ultra-alta intensidade de lasers de femtossegundos pode reproduzir os fenômenos internos da Via Láctea e das estrelas no solo. O método de resolução de tempo de femtossegundos pode observar claramente as mudanças das moléculas colocadas no nanoespaço e seus estados eletrônicos internos na escala de tempo de femtossegundos. No campo da biomedicina, devido à alta potência de pico e densidade de potência dos lasers de femtossegundos, vários efeitos não lineares, como ionização de multifótons e efeitos de autofoco, são frequentemente causados ao interagir com vários materiais. Ao mesmo tempo, o tempo de interação entre o laser de femtosegundo e os tecidos biológicos é insignificante comparado ao tempo de relaxamento térmico dos tecidos biológicos (da ordem de ns). Para tecidos biológicos, um aumento de temperatura de alguns graus se tornará uma onda de pressão para os nervos. As células produzem dor e danos causados pelo calor às células, de modo que o laser de femtosegundo pode obter um tratamento indolor e sem calor. O laser de femtosegundo tem as vantagens de baixa energia, pequenos danos, alta precisão e posicionamento estrito no espaço tridimensional, que pode atender às necessidades especiais do campo biomédico ao máximo. O laser de femtosegundo é usado para tratar os dentes para obter canais limpos e arrumados sem danos nas bordas, evitando a influência do estresse mecânico e térmico causado por lasers de pulso longo (como Er:YAG), calcificação, rachaduras e superfícies ásperas. Quando o laser de femtossegundo é aplicado ao corte fino de tecidos biológicos, a luminescência do plasma durante a interação do laser de femtossegundo com os tecidos biológicos pode ser analisada por espectro, e o tecido ósseo e o tecido cartilaginoso podem ser identificados, de modo a determinar e controlar quais é necessária no processo de tratamento cirúrgico Energia de pulso. Esta técnica é de grande importância para a cirurgia de nervos e coluna vertebral. O laser de femtosegundo com uma faixa de comprimento de onda de 630-1053nm pode realizar cortes cirúrgicos não térmicos seguros, limpos e de alta precisão e ablação de tecido cerebral humano. Um laser de femtossegundo com comprimento de onda de 1060nm, largura de pulso de 800fs, frequência de repetição de pulso de 2kHz e energia de pulso de 40µJ pode realizar operações de corte de córnea limpas e de alta precisão. O laser de femtosegundo tem a característica de não causar dano térmico, o que é de grande importância para revascularização do miocárdio a laser e angioplastia a laser. Em 2002, o Centro de Laser de Hannover na Alemanha usou um laser de femtosegundo para completar a produção inovadora da estrutura do stent vascular em um novo material polimérico. Comparado com o stent de aço inoxidável anterior, este stent vascular tem boa biocompatibilidade e compatibilidade biológica. A degradabilidade é de grande importância para o tratamento da doença cardíaca coronária. Em testes clínicos e bioensaios, a tecnologia de laser de femtosegundo pode cortar automaticamente os tecidos biológicos de organismos no nível microscópico e obter imagens tridimensionais de alta definição. Esta tecnologia é de grande importância para o diagnóstico e tratamento do câncer e o estudo de 368 mutações genéticas em animais. Na área de engenharia genética. Em 2001, K.Konig da Alemanha usou Ti:Sapphirelaser de femtossegundopara realizar operações em nanoescala no DNA humano (cromossomos) (largura mínima de corte 100nm). Em 2002, U.irlapur e Koing usaram umlaser de femtossegundopara fazer um microporo reversível na membrana da célula cancerosa e, em seguida, permitir que o DNA entre na célula através desse orifício. Mais tarde, o próprio crescimento da célula fechou o buraco, conseguindo assim com sucesso a transferência de genes. Esta técnica tem as vantagens de alta confiabilidade e bom efeito de transplante, e é de grande importância para o transplante de material genético estranho em várias células, incluindo células-tronco. No campo da engenharia celular, os lasers de femtossegundos são usados para realizar operações de nanocirurgia em células vivas sem danificar a membrana celular. Essas técnicas de operação do laser de femtossegundos têm significado positivo para a pesquisa de terapia gênica, dinâmica celular, polaridade celular, resistência a drogas e os diferentes componentes de células e estrutura heterogênea subcelular. No campo da comunicação por fibra óptica, o tempo de resposta de materiais de dispositivos optoeletrônicos semicondutores é o "gargalo" que restringe a comunicação de fibra óptica de velocidade supercomercial. A aplicação da tecnologia de controle coerente de femtosegundos faz com que a velocidade dos comutadores ópticos semicondutores atinja 10.000 Gbit/s, podendo finalmente atingir o limite teórico da mecânica quântica. . Além disso, a tecnologia de modelagem de forma de onda de Fourier de pulsos de laser de femtosegundo é aplicada a comunicações ópticas de grande capacidade, como multiplexação por divisão de tempo, multiplexação por divisão de comprimento de onda e acesso múltiplo por divisão de código, e uma taxa de transmissão de dados de 1Tbit/s pode ser obtida. No campo do processamento ultrafino, o forte efeito de auto-focagem dolaser de femtossegundopulsos em meios transparentes tornam o ponto focal do laser menor que o limite de difração, causando microexplosões dentro do material transparente para formar pixels estéreo com diâmetros submicrométricos. Usando este método, o armazenamento óptico tridimensional de alta densidade pode ser realizado e a densidade de armazenamento pode chegar a 10^12bits/cm3. E pode realizar leitura rápida de dados, gravação e acesso aleatório a dados paralelos. O crosstalk entre camadas de bits de dados adjacentes é muito pequeno, e a tecnologia de armazenamento tridimensional tornou-se uma nova direção de pesquisa no desenvolvimento da tecnologia de armazenamento em massa atual. Guias de onda ópticos, divisores de feixe, acopladores, etc. são os componentes ópticos básicos da óptica integrada. Usando lasers de femtossegundos em uma plataforma de processamento controlada por computador, guias de onda ópticos bidimensionais e tridimensionais de qualquer formato podem ser feitos em qualquer posição dentro do material. , Divisor de feixe, acoplador e outros dispositivos fotônicos, e pode ser acoplado com fibra óptica padrão, usando laser de femtosegundo também pode fazer micro-espelho de 45 ° dentro do vidro fotossensível, e agora um circuito óptico composto por 3 micro-espelhos internos foi produzido , Pode fazer o feixe girar 270° na área de 4mmx5mm. Mais cientificamente, cientistas nos Estados Unidos usaram recentemente lasers de femtossegundos para criar um guia de onda óptico de ganho de 1 cm de comprimento, que pode gerar um ganho de sinal de 3 dB/cm próximo a 1062 nm. A grade de fibra de Bragg tem características de seleção de frequência efetivas, é fácil de acoplar com o sistema de comunicação de fibra e tem baixa perda. Portanto, apresenta características de transmissão ricas no domínio da frequência e tornou-se um hotspot de pesquisa de dispositivos de fibra óptica. Em 2000, Kawamora K et al. usaram dois interferometria de laser de femtosegundo infravermelho para obter grades holográficas de relevo de superfície pela primeira vez. Mais tarde, com o desenvolvimento da tecnologia de produção e tecnologia, em 2003 Mihaiby. S et ai. usaram pulsos de laser de femtosegundo de Ti:Safira combinados com placas de fase de ordem zero para obter redes de Bragg refletivas no núcleo das fibras de comunicação. Possui uma faixa de modulação de alto índice de refração e boa estabilidade de temperatura. O cristal fotônico é uma estrutura dielétrica com modulação periódica do índice de refração no espaço, e seu período de mudança é da mesma ordem de grandeza do comprimento de onda da luz. O dispositivo de cristal fotônico é um dispositivo novinho em folha que controla a propagação de fótons e se tornou um hotspot de pesquisa no campo da fotônica. Em 2001, Sun H B et al. usaram lasers de femtosegundo para fabricar cristais fotônicos com treliças arbitrárias em vidro de sílica dopado com germânio, que podem selecionar individualmente átomos individuais. Em 2003, Serbin J et al. usaram laser de femtosegundo para induzir a polimerização de dois fótons de materiais híbridos inorgânico-orgânicos para obter microestruturas tridimensionais e cristais fotônicos com tamanho de estrutura inferior a 200nm e período de 450nm. Os lasers de femtossegundos alcançaram resultados inovadores no campo do processamento de dispositivos microfotônicos, de modo que conectores direcionais, filtros passa-banda, multiplexadores, interruptores ópticos, conversores de comprimento de onda e moduladores podem ser processados em um "chip" Loops de onda de luz planar com outros componentes são possíveis. Estabeleceu uma base para dispositivos fotônicos para substituir dispositivos eletrônicos. A tecnologia de fotomáscara e litografia é uma tecnologia chave no campo da microeletrônica, que está diretamente relacionada à qualidade e eficiência de produção de produtos de circuito integrado. Os lasers de femtossegundos podem ser usados para reparar os defeitos da fotomáscara, e a largura da linha reparada pode atingir uma precisão inferior a 100 nm. Olaser de femtossegundoa tecnologia de escrita direta pode ser usada para fabricar de forma rápida e eficaz fotomáscaras de alta qualidade. Esses resultados são muito importantes para o micro O desenvolvimento da tecnologia eletrônica é de grande importância.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Módulos de fibra óptica, fabricantes de lasers acoplados a fibra, fornecedores de componentes de laser Todos os direitos reservados.
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
