Фемтосекундтық лазерлік технологияны әзірлеу және қолдану
2021-12-15
Маман лазерлік импульсті 1960 жылы алғаш рет алғандықтан, адамның лазерлік импульстің енін сығу процесін шамамен үш кезеңге бөлуге болады: Q-қосу технологиясы кезеңі, режимді құлыптау технологиясы кезеңі және шырылдаған импульсті күшейту технологиясы кезеңі. Шырылдаған импульсті күшейту (CPA) – фемтосекундтық лазерлік күшейту кезінде қатты күйдегі лазерлік материалдар тудыратын өзіндік фокустау әсерін жеңу үшін әзірленген жаңа технология. Ол алдымен режим құлыпталған лазерлер арқылы жасалған ультра қысқа импульстарды қамтамасыз етеді. «Оң шырылдау», күшейту үшін импульс енін пикосекундтарға немесе тіпті наносекундтарға дейін кеңейтіңіз, содан кейін жеткілікті қуат күшейтуін алғаннан кейін импульс енін қысу үшін шықырлау компенсациясының (теріс шырылдау) әдісін пайдаланыңыз. Фемтосекундтық лазерлерді дамытудың маңызы зор. 1990 жылға дейін,фемтосекундтық лазеримпульстар кең өткізу қабілеттілігі бар бояғыш лазерлік режимді құлыптау технологиясы арқылы алынды. Дегенмен, бояу лазеріне техникалық қызмет көрсету және басқару өте күрделі, бұл оның қолданылуын шектейді. Ti: Сапфир кристалдарының сапасын жақсарту арқылы қысқа кристалдарды қысқа импульстік тербеліске қол жеткізу үшін жеткілікті жоғары кірістер алу үшін де пайдалануға болады. 1991 жылы Спенс және т.б. алғаш рет өздігінен құлыпталған Ti: Sapphire фемтосекунд лазерін жасады. Импульстік ені 60 fs Ti: Sapphire фемтосекунд лазерінің сәтті дамуы фемтосекундтық лазерлердің қолданылуы мен дамуына айтарлықтай ықпал етті. 1994 жылы 10fs-тен аз лазерлік импульстарды алу үшін шырылдаған импульсті күшейту технологиясын қолдану, қазіргі уақытта Kerr линзасының өздігінен режимін құлыптау технологиясының көмегімен, оптикалық параметрлік шиыршықты импульсті күшейту технологиясы, қуысты босату технологиясы, көп өтуді күшейту технологиясы және т.б. лазер жасай алады Импульстің ені аттосекундтық доменге кіру үшін 1fs-тен азға дейін қысылады және лазерлік импульстің ең жоғары қуаты да тераваттан (1TW=10^12W) петаваттқа (1PW=10^15W) дейін артады. Лазерлік технологиядағы бұл үлкен жетістіктер көптеген салаларда ауқымды және терең өзгерістерді тудырды. Физика саласында фемтосекундтық лазер тудыратын өте жоғары қарқынды электромагниттік өріс релятивистік нейтрондарды тудыруы мүмкін, сонымен қатар атомдар мен молекулаларды тікелей басқара алады. Жұмыс үстеліндегі ядролық синтездік лазерлік құрылғыда дейтерий-тритий молекулалық кластерлерін сәулелендіру үшін фемтосекундтық лазерлік импульс қолданылады. Ол ядролық синтез реакциясын бастап, нейтрондардың көп мөлшерін шығара алады. Фемтосекундтық лазер сумен әрекеттескенде, ол сутегі изотопы дейтерийінің ядролық синтез реакциясынан өтіп, үлкен энергияны тудыруы мүмкін. Ядролық синтезді басқару үшін фемтосекундтық лазерлерді пайдалану басқарылатын ядролық синтез энергиясын алуға болады. Ғалам физикасы зертханасында фемтосекундтық лазерлердің ультра жоғары қарқынды жарық импульстары арқылы жасалған жоғары энергиялық тығыздықтағы плазма Құс жолы мен жердегі жұлдыздардың ішкі құбылыстарын жаңғырта алады. Фемтосекундтық уақытты ажырату әдісі фемтосекундтардың уақыт шкаласында нанокеңістікте орналастырылған молекулалардың өзгерістерін және олардың ішкі электрондық күйлерін анық байқай алады. Биомедицина саласында фемтосекундтық лазерлердің жоғары шыңы қуаты мен қуат тығыздығына байланысты әртүрлі материалдармен әрекеттесу кезінде мультифотонды ионизация және өзін-өзі фокустау әсерлері сияқты әртүрлі сызықтық емес әсерлер жиі туындайды. Бұл ретте фемтосекундтық лазер мен биологиялық тіндердің өзара әрекеттесу уақыты биологиялық тіндердің термиялық релаксация уақытымен салыстырғанда (ns тәртібі бойынша) шамалы. Биологиялық тіндер үшін температураның бірнеше градусқа көтерілуі нервтерге қысым толқынына айналады. Жасушалар ауырсынуды және жасушаларға жылуды зақымдайды, сондықтан фемтосекундтық лазер ауыртпалықсыз және жылусыз емдеуге қол жеткізе алады. Фемтосекундтық лазердің артықшылығы төмен энергия, шағын зақым, жоғары дәлдік және үш өлшемді кеңістікте қатаң позициялау, бұл биомедициналық саланың ерекше қажеттіліктерін барынша қанағаттандыра алады. Фемтосекундтық лазер ұзақ импульстік лазерлерден (Er:YAG сияқты), кальцинациядан, жарықтардан және кедір-бұдыр беттерден туындаған механикалық кернеу мен термиялық кернеудің әсерін болдырмай, таза және ұқыпты арналарды шетіне зақым келтірместен алу үшін тістерді өңдеу үшін қолданылады. Фемтосекундтық лазерді биологиялық тіндердің жұқа кесуіне қолданғанда, фемтосекундтық лазердің биологиялық тіндермен әрекеттесуі кезіндегі плазмалық люминесценцияны спектр бойынша талдауға, сүйек тінін және шеміршек тінін анықтауға болады, осылайша нені анықтау және бақылауға болады. Хирургиялық емдеу процесінде импульстік энергия қажет. Бұл әдіс жүйке және омыртқа хирургиясы үшін өте маңызды. Толқын ұзындығы 630-1053 нм болатын фемтосекундтық лазер адам миының тінін қауіпсіз, таза, жоғары дәлдіктегі термиялық емес хирургиялық кесуді және абляцияны орындай алады. Толқын ұзындығы 1060 нм, импульстік ені 800 фс, импульстің қайталану жиілігі 2 кГц және импульстік энергиясы 40μJ болатын фемтосекундтық лазер таза, жоғары дәлдіктегі қабықты кесу операцияларын орындай алады. Фемтосекундтық лазердің термиялық зақымданусыз сипаттамалары бар, бұл лазерлік миокард реваскуляризациясы және лазерлік ангиопластика үшін өте маңызды. 2002 жылы Германиядағы Ганновер лазерлік орталығы жаңа полимерлі материалда тамырлы стент құрылымының серпінді өндірісін аяқтау үшін фемтосекундтық лазерді қолданды. Алдыңғы тот баспайтын болаттан жасалған стентпен салыстырғанда, бұл тамырлы стент жақсы биоүйлесімділікке және биологиялық үйлесімділікке ие. Жүректің ишемиялық ауруын емдеуде деградацияның маңызы зор. Клиникалық сынақтар мен биоанализдерде фемтосекундтық лазерлік технология микроскопиялық деңгейде организмдердің биологиялық тіндерін автоматты түрде кесіп, жоғары ажыратымдылықтағы үш өлшемді кескіндерді ала алады. Бұл технологияның қатерлі ісік ауруын диагностикалау және емдеу және жануарлардың 368 генетикалық мутацияларын зерттеу үшін үлкен маңызы бар. Гендік инженерия саласында. 2001 жылы неміс К.Кониг Ti:Sapphire қолдандыфемтосекундтық лазерадам ДНҚ-сында (хромосомаларда) наносөлшемді операцияларды орындау үшін (ең аз кесу ені 100 нм). 2002 жылы У.ирлапур мен Коинг афемтосекундтық лазерқатерлі ісік жасушасының мембранасында қайтымды микрокеуек жасау, содан кейін ДНҚ-ның осы тесік арқылы жасушаға енуіне мүмкіндік берді. Кейінірек жасушаның өзіндік өсуі тесікті жауып тастады, осылайша генді тасымалдауға сәтті қол жеткізді. Бұл әдіс жоғары сенімділік пен жақсы трансплантация әсерінің артықшылықтарына ие және бөтен генетикалық материалды әртүрлі жасушаларға, соның ішінде дің жасушаларына трансплантациялау үшін үлкен маңызға ие. Жасуша инженериясы саласында фемтосекундтық лазерлер жасуша мембранасына зақым келтірместен тірі жасушаларда нано-хирургиялық операцияларға қол жеткізу үшін қолданылады. Бұл фемтосекундтық лазерлік операция әдістерінің гендік терапияны, жасуша динамикасын, жасуша полярлығын, дәріге төзімділігін және жасушалардың әртүрлі компоненттерін және субклеткалық гетерогенді құрылымды зерттеу үшін оң мәні бар. Оптикалық талшықты байланыс саласында жартылай өткізгішті оптоэлектрондық құрылғы материалдарының жауап беру уақыты суперкоммерциялық жылдамдықты оптикалық талшықты байланысты шектейтін «тартерек» болып табылады. Фемтосекундтық когерентті басқару технологиясын қолдану жартылай өткізгішті оптикалық қосқыштардың жылдамдығын 10000 Гбит/с-қа дейін жеткізеді, бұл кванттық механиканың теориялық шегіне жетуі мүмкін. . Сонымен қатар, фемтосекундтық лазерлік импульстердің Фурье толқын пішінін қалыптастыру технологиясы уақытты бөлу, толқын ұзындығын бөлу мультиплексирлеу және кодты бөлу көп реттік қол жеткізу сияқты үлкен сыйымдылықты оптикалық байланыстарға қолданылады және 1Тбит/с деректерді беру жылдамдығын алуға болады. Өте жұқа өңдеу саласында, күшті өзін-өзі шоғырландыру әсеріфемтосекундтық лазермөлдір ортадағы импульстар лазердің фокустық нүктесін дифракция шегінен кішірек етеді, бұл мөлдір материалдың ішіндегі микро-жарылыстарды микроннан кіші диаметрі бар стерео пиксельдерді қалыптастыруға әкеледі. Бұл әдісті пайдалана отырып, жоғары тығыздықтағы үш өлшемді оптикалық жадты орындауға болады, ал сақтау тығыздығы 10^12бит/см3 жетуі мүмкін. Және деректерді жылдам оқу, жазу және параллельді кездейсоқ қол жеткізуді жүзеге асыра алады. Көршілес деректердің биттік қабаттары арасындағы айқаспалы байланыс өте аз және үш өлшемді сақтау технологиясы қазіргі массалық сақтау технологиясының дамуындағы жаңа зерттеу бағыты болды. Оптикалық толқын өткізгіштер, сәулені бөлгіштер, қосқыштар және т.б. біріктірілген оптиканың негізгі оптикалық компоненттері болып табылады. Компьютермен басқарылатын өңдеу платформасында фемтосекундтық лазерлерді пайдалана отырып, материалдың ішіндегі кез келген позицияда кез келген пішіндегі екі өлшемді және үш өлшемді оптикалық толқын өткізгіштерді жасауға болады. , Сәуле бөлгіш, қосқыш және басқа фотоникалық құрылғылар және стандартты оптикалық талшықпен біріктірілуі мүмкін, фемтосекундтық лазердің көмегімен фотосезімтал әйнек ішінде 45 ° микро-айна жасай алады және қазір 3 ішкі микро-айнадан тұратын оптикалық схема жасалды. , 4ммx5мм аумақта сәулені 270° бұруға мүмкіндік береді. Жақында Америка Құрама Штаттарының ғалымдары фемтосекундтық лазерлерді 1 см ұзындықтағы күшейту оптикалық толқын өткізгішін жасау үшін пайдаланды, ол 1062 нм маңында 3 дБ/см сигнал күшейтуін тудыруы мүмкін. Fiber Bragg торы тиімді жиілікті таңдау сипаттамаларына ие, талшықты байланыс жүйесімен оңай жұпталады және аз шығынға ие. Сондықтан ол жиілік доменінде бай тасымалдау сипаттамаларын көрсетеді және талшықты-оптикалық құрылғылардың зерттеу нүктесіне айналды. 2000 жылы Kawamora K et al. бірінші рет беттік бедерлі голографиялық торларды алу үшін екі инфрақызыл фемтосекундтық лазерлік интерферометрияны қолданды. Кейінірек өндіріс технологиясы мен технологиясының дамуымен 2003 жылы Михайбы. S және т.б. байланыс талшықтарының өзегінде шағылыстыратын Брегг торларын алу үшін нөлдік ретті фазалық пластиналармен біріктірілген Ti: Sapphire фемтосекундтық лазерлік импульстарды пайдаланды. Оның жоғары сыну индексінің модуляция диапазоны және жақсы температура тұрақтылығы бар. Фотондық кристал - бұл кеңістіктегі сыну көрсеткішінің периодты модуляциясы бар диэлектрлік құрылым және оның өзгеру периоды жарықтың толқын ұзындығы сияқты шама ретімен бірдей. Фотондық кристалдық құрылғы фотондардың таралуын басқаратын жаңа құрылғы және фотоника саласындағы зерттеу нүктесіне айналды. 2001 жылы Sun H B et al. фемтосекундтық лазерлерді германий қосылған кремний әйнегінде еркін торлары бар фотонды кристалдарды жасау үшін пайдаланды, олар жеке атомдарды жеке таңдай алады. 2003 жылы Serbin J et al. құрылым өлшемі 200 нм-ден аз және периоды 450 нм болатын үш өлшемді микроқұрылымдар мен фотонды кристалдарды алу үшін бейорганикалық-органикалық гибридті материалдардың екі фотонды полимерленуін индукциялау үшін фемтосекундтық лазерді қолданды. Фемтосекундтық лазерлер микрофотоникалық құрылғыларды өңдеу саласында серпінді нәтижелерге қол жеткізді, осылайша бағытталған қосқыштар, жолақты сүзгілер, мультиплексорлар, оптикалық қосқыштар, толқын ұзындығы түрлендіргіштері және модуляторлар «чипте» өңделуі мүмкін, басқа компоненттері бар жазық жарық толқынының ілмектерінде мүмкін. Электрондық құрылғыларды алмастыратын фотонды құрылғылардың негізін қалады. Фотомаска және литография технологиясы микроэлектроника саласындағы негізгі технология болып табылады, ол интегралды схема өнімдерінің сапасы мен өндіріс тиімділігіне тікелей байланысты. Фемтосекундтық лазерлерді фотомаска ақауларын жөндеу үшін пайдалануға болады, ал жөнделген сызық ені 100 нм-ден аз дәлдікке жетуі мүмкін. Theфемтосекундтық лазертікелей жазу технологиясы жоғары сапалы фотомаскаларды жылдам және тиімді өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл нәтижелер микро үшін өте маңызды Электрондық технологияның дамуы үлкен мәнге ие.
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
