Sự phát triển và ứng dụng của công nghệ laser femto giây
2021-12-15
Kể từ khi Maman thu được đầu ra xung laser lần đầu tiên vào năm 1960, quá trình nén độ rộng xung laser của con người có thể được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn công nghệ chuyển mạch Q, giai đoạn công nghệ khóa chế độ và giai đoạn công nghệ khuếch đại xung chirped. Khuếch đại xung chirped (CPA) là một công nghệ mới được phát triển để khắc phục hiệu ứng tự lấy nét được tạo ra bởi các vật liệu laser ở trạng thái rắn trong quá trình khuếch đại laser femto giây. Đầu tiên, nó cung cấp các xung cực ngắn được tạo ra bởi các tia laser khóa chế độ. "Âm chirp tích cực", mở rộng độ rộng xung thành pico giây hoặc thậm chí nano giây để khuếch đại, sau đó sử dụng phương pháp bù chirp (âm chirp) để nén độ rộng xung sau khi thu được đủ năng lượng khuếch đại. Sự phát triển của tia laser femto giây có ý nghĩa to lớn. Trước năm 1990,tia laser femto giâyxung đã được thu bằng cách sử dụng công nghệ khóa chế độ laser nhuộm với băng thông khuếch đại rộng. Tuy nhiên, việc bảo trì và quản lý tia laser nhuộm vô cùng phức tạp, điều này làm hạn chế ứng dụng của nó. Với việc cải thiện chất lượng của tinh thể Ti: Sapphire, các tinh thể ngắn hơn cũng có thể được sử dụng để thu được mức tăng đủ cao để đạt được dao động xung ngắn. Năm 1991, Spence và cộng sự. lần đầu tiên đã phát triển một laser femtosecond Ti: Sapphire tự khóa chế độ. Sự phát triển thành công của laser femto giây có độ rộng xung 60fs Ti: Sapphire đã thúc đẩy rất nhiều việc ứng dụng và phát triển của laser femto giây. Năm 1994, việc sử dụng công nghệ khuếch đại xung chirped để thu được xung laser nhỏ hơn 10fs, hiện nay với sự trợ giúp của công nghệ khóa chế độ tự chế độ thấu kính Kerr, công nghệ khuếch đại xung chirped tham số quang học, công nghệ làm rỗng khoang, công nghệ khuếch đại đa đường, v.v. có thể tạo ra tia laser Độ rộng xung được nén xuống dưới 1fs để đi vào miền attosecond và công suất đỉnh của xung laser cũng được tăng từ terawatt (1TW = 10 ^ 12W) lên petawatt (1PW = 10 ^ 15W). Những đột phá lớn này trong công nghệ laser đã tạo ra những thay đổi sâu rộng và sâu rộng trong nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực vật lý, trường điện từ cường độ cực cao được tạo ra bởi tia laser femto giây có thể tạo ra neutron tương đối tính, và cũng có thể tác động trực tiếp đến các nguyên tử và phân tử. Trên một thiết bị laser phản ứng tổng hợp hạt nhân để bàn, xung laser femto giây được sử dụng để chiếu xạ các cụm phân tử deuterium-tritium. Nó có thể bắt đầu phản ứng tổng hợp hạt nhân và tạo ra một số lượng lớn neutron. Khi tia laser femto giây tương tác với nước, nó có thể khiến cho deuterium đồng vị hydro trải qua phản ứng tổng hợp hạt nhân, tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Sử dụng tia laser femto giây để điều khiển phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể thu được năng lượng tổng hợp hạt nhân có thể điều khiển được. Trong Phòng thí nghiệm Vật lý Vũ trụ, plasma mật độ năng lượng cao được tạo ra bởi xung ánh sáng cường độ cực cao của tia laser femto giây có thể tái tạo các hiện tượng bên trong của Dải Ngân hà và các ngôi sao trên mặt đất. Phương pháp phân giải thời gian femto giây có thể quan sát rõ ràng sự thay đổi của các phân tử được đặt trong không gian nano và trạng thái điện tử bên trong của chúng trên thang thời gian femto giây. Trong lĩnh vực y sinh, do công suất đỉnh cao và mật độ công suất của laser femto giây, các hiệu ứng phi tuyến tính khác nhau như ion hóa đa photon và hiệu ứng tự lấy nét thường gây ra khi tương tác với các vật liệu khác nhau. Đồng thời, thời gian tương tác giữa tia laser femto giây và các mô sinh học là không đáng kể so với thời gian giãn nhiệt của các mô sinh học (theo thứ tự ns). Đối với các mô sinh học, nhiệt độ tăng một vài độ sẽ trở thành một làn sóng áp lực lên các dây thần kinh. Các tế bào tạo ra cảm giác đau và nhiệt làm tổn thương các tế bào, vì vậy tia laser femto giây có thể đạt được điều trị không đau và không có nhiệt. Femtosecond laser có ưu điểm là năng lượng thấp, sát thương nhỏ, độ chính xác cao và định vị chặt chẽ trong không gian ba chiều, có thể đáp ứng các nhu cầu đặc biệt của lĩnh vực y sinh ở mức độ lớn nhất. Femtosecond laser được sử dụng để điều trị răng để có được các kênh sạch sẽ và gọn gàng mà không có bất kỳ tổn thương nào ở rìa, tránh ảnh hưởng của ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt gây ra bởi laser xung dài (như Er: YAG), vôi hóa, vết nứt và bề mặt gồ ghề. Khi tia laser femto giây được áp dụng để cắt mịn các mô sinh học, sự phát quang plasma trong quá trình tương tác của tia laser femto giây với các mô sinh học có thể được phân tích bằng quang phổ, và mô xương và mô sụn có thể được xác định, để xác định và kiểm soát những gì là cần thiết trong quá trình điều trị phẫu thuật Năng lượng xung. Kỹ thuật này có ý nghĩa lớn đối với phẫu thuật thần kinh và cột sống. Tia laser femto giây với dải bước sóng từ 630-1053nm có thể thực hiện phẫu thuật cắt và bóc tách mô não người an toàn, sạch, có độ chính xác cao. Tia laser femto giây có bước sóng 1060nm, độ rộng xung 800fs, tần số lặp lại xung 2kHz và năng lượng xung 40μJ có thể thực hiện các thao tác cắt giác mạc sạch sẽ, độ chính xác cao. Femtosecond laser có đặc điểm là không có tổn thương nhiệt, có ý nghĩa lớn đối với tái thông mạch máu cơ tim bằng laser và tạo hình mạch bằng laser. Năm 2002, Trung tâm Laser Hannover ở Đức đã sử dụng tia laser femto giây để hoàn thành sản xuất đột phá cấu trúc stent mạch máu trên vật liệu polyme mới. So với loại stent inox trước đây, loại stent mạch máu này có tính tương hợp sinh học và tương hợp sinh học tốt. Sự phân hủy có ý nghĩa lớn đối với việc điều trị bệnh tim mạch vành. Trong thử nghiệm lâm sàng và xét nghiệm sinh học, công nghệ laser femto giây có thể tự động cắt các mô sinh học của sinh vật ở cấp độ hiển vi và thu được hình ảnh ba chiều độ nét cao. Công nghệ này có ý nghĩa to lớn đối với việc chẩn đoán và điều trị ung thư và nghiên cứu các đột biến gen 368 của động vật. Trong lĩnh vực kỹ thuật gen. Năm 2001, K.Konig của Đức đã sử dụng Ti: Sapphiretia laser femto giâyđể thực hiện các hoạt động ở quy mô nano trên DNA của con người (nhiễm sắc thể) (chiều rộng cắt tối thiểu 100nm). Năm 2002, U.irlapur và Koing sử dụngtia laser femto giâyđể tạo ra một lỗ nhỏ có thể đảo ngược trong màng tế bào ung thư, và sau đó cho phép DNA xâm nhập vào tế bào qua lỗ này. Sau đó, sự phát triển của chính tế bào đã đóng lỗ hổng, do đó thực hiện thành công việc chuyển gen. Kỹ thuật này có ưu điểm là độ tin cậy cao và hiệu quả cấy ghép tốt, có ý nghĩa lớn trong việc cấy ghép vật chất di truyền ngoại lai vào các tế bào khác nhau trong đó có tế bào gốc. Trong lĩnh vực kỹ thuật tế bào, tia laser femto giây được sử dụng để thực hiện các hoạt động phẫu thuật nano trong tế bào sống mà không làm hỏng màng tế bào. Các kỹ thuật hoạt động bằng tia laser femto giây này có ý nghĩa tích cực đối với việc nghiên cứu liệu pháp gen, động lực học tế bào, phân cực tế bào, kháng thuốc và các thành phần khác nhau của tế bào và cấu trúc không đồng nhất dưới tế bào. Trong lĩnh vực thông tin liên lạc bằng cáp quang, thời gian đáp ứng của vật liệu thiết bị quang điện tử bán dẫn chính là “nút thắt” hạn chế thông tin cáp quang tốc độ siêu thương mại. Việc áp dụng công nghệ điều khiển kết hợp femto giây giúp cho tốc độ của công tắc quang bán dẫn đạt 10000Gbit / s, cuối cùng có thể đạt đến giới hạn lý thuyết của cơ học lượng tử. . Ngoài ra, công nghệ định hình dạng sóng Fourier của xung laser femto giây được áp dụng cho truyền thông quang dung lượng lớn như ghép kênh phân chia theo thời gian, ghép kênh phân chia bước sóng và đa truy nhập phân chia mã, và có thể thu được tốc độ truyền dữ liệu 1Tbit / s. Trong lĩnh vực xử lý siêu mịn, hiệu ứng tự lấy nét mạnh mẽ củatia laser femto giâyxung trong môi trường trong suốt làm cho tiêu điểm laser nhỏ hơn giới hạn nhiễu xạ, gây ra các vụ nổ vi mô bên trong vật liệu trong suốt để tạo thành các điểm ảnh nổi có đường kính dưới micromet. Sử dụng phương pháp này, có thể thực hiện lưu trữ quang học ba chiều mật độ cao và mật độ lưu trữ có thể đạt 10 ^ 12bits / cm3. Và có thể nhận ra dữ liệu nhanh chóng đọc, ghi và truy cập ngẫu nhiên dữ liệu song song. Sự xuyên âm giữa các lớp bit dữ liệu liền kề là rất nhỏ, và công nghệ lưu trữ ba chiều đã trở thành một hướng nghiên cứu mới trong sự phát triển của công nghệ lưu trữ khối lượng lớn hiện nay. Ống dẫn sóng quang học, bộ tách chùm, bộ ghép nối, v.v. là những thành phần quang học cơ bản của quang học tích hợp. Sử dụng tia laser femto giây trên nền tảng xử lý được điều khiển bằng máy tính, các ống dẫn sóng quang học hai chiều và ba chiều có hình dạng bất kỳ có thể được tạo ra ở bất kỳ vị trí nào bên trong vật liệu. , Bộ tách tia, bộ ghép nối và các thiết bị quang tử khác, và có thể được kết hợp với sợi quang học tiêu chuẩn, sử dụng tia laser femto giây cũng có thể tạo ra gương vi mô 45 ° bên trong kính cảm quang và hiện nay một mạch quang học bao gồm 3 gương siêu nhỏ bên trong đã được sản xuất , Có thể làm cho chùm tia quay 270 ° trong diện tích 4mmx5mm. Khoa học hơn, các nhà khoa học ở Hoa Kỳ gần đây đã sử dụng tia laser femto giây để tạo ra một ống dẫn sóng quang học dài 1cm, có thể tạo ra độ lợi tín hiệu 3dB / cm gần 1062nm. Cách tử Fiber Bragg có các đặc điểm lựa chọn tần số hiệu quả, dễ dàng ghép nối với hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang và có mức suy hao thấp. Do đó, nó thể hiện đặc tính truyền dẫn phong phú trong miền tần số và đã trở thành điểm nóng nghiên cứu của các thiết bị cáp quang. Năm 2000, Kawamora K et al. đã sử dụng hai giao thoa kế laser femto giây hồng ngoại để lần đầu tiên thu được cách tử nổi ba chiều trên bề mặt. Sau đó, với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ sản xuất, năm 2003 Mihaiby. S và cộng sự. đã sử dụng Ti: Sapphire femtosecond xung laser kết hợp với các tấm pha bậc 0 để thu được cách tử Bragg phản xạ trên lõi của các sợi truyền thông. Nó có dải điều biến chiết suất cao và ổn định nhiệt độ tốt. Tinh thể quang tử là một cấu trúc điện môi có chiết suất biến thiên tuần hoàn trong không gian, và chu kỳ thay đổi của nó cùng độ lớn với bước sóng ánh sáng. Thiết bị tinh thể quang tử là một thiết bị hoàn toàn mới điều khiển sự lan truyền của các photon và đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực quang tử. Năm 2001, Sun H B et al. đã sử dụng laser femto giây để chế tạo tinh thể quang tử với các mạng tùy ý trong thủy tinh silica pha tạp germani, có thể chọn lọc từng nguyên tử riêng lẻ. Năm 2003, Serbin J et al. đã sử dụng tia laser femto giây để tạo ra sự trùng hợp hai photon của vật liệu lai vô cơ-hữu cơ để thu được các vi cấu trúc ba chiều và tinh thể quang tử có kích thước cấu trúc nhỏ hơn 200nm và chu kỳ 450nm. Các tia laser Femtosecond đã đạt được những kết quả đột phá trong lĩnh vực xử lý thiết bị vi tín hiệu, nhờ đó các đầu nối định hướng, bộ lọc thông dải, bộ ghép kênh, công tắc quang học, bộ chuyển đổi bước sóng và bộ điều biến có thể được xử lý trên một "chip" vòng lặp sóng ánh sáng Planar với các thành phần khác. Đặt nền móng cho các thiết bị quang tử thay thế các thiết bị điện tử. Công nghệ quang khắc và in thạch bản là công nghệ then chốt trong lĩnh vực vi điện tử, có liên quan trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả sản xuất của các sản phẩm vi mạch tích hợp. Các tia laser Femtosecond có thể được sử dụng để sửa chữa các khuyết tật của bình quang và độ rộng đường sửa chữa có thể đạt độ chính xác dưới 100nm. Cáctia laser femto giâyCông nghệ viết trực tiếp có thể được sử dụng để sản xuất photomas chất lượng cao một cách nhanh chóng và hiệu quả. Những kết quả này rất quan trọng đối với vi Sự phát triển của công nghệ điện tử có ý nghĩa to lớn.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Mô-đun sợi quang Trung Quốc, nhà sản xuất sợi quang ghép nối, nhà cung cấp linh kiện laser. Mọi quyền được bảo lưu.
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
