Ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνολογίας λέιζερ femtosecond
2021-12-15
Δεδομένου ότι η Maman έλαβε για πρώτη φορά έξοδο παλμού λέιζερ το 1960, η διαδικασία ανθρώπινης συμπίεσης του πλάτους παλμού λέιζερ μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τρία στάδια: στάδιο τεχνολογίας μεταγωγής Q, στάδιο τεχνολογίας κλειδώματος τρόπου λειτουργίας και στάδιο τεχνολογίας ενίσχυσης παλμού κελαηδίσματος. Η ενίσχυση παλμών με κελαηδία (CPA) είναι μια νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε για να ξεπεραστεί το φαινόμενο αυτοεστίασης που δημιουργείται από υλικά λέιζερ στερεάς κατάστασης κατά τη διάρκεια της ενίσχυσης λέιζερ femtosecond. Αρχικά παρέχει εξαιρετικά σύντομους παλμούς που παράγονται από λέιζερ κλειδώματος λειτουργίας. "Θετικό τσιρπ", επεκτείνετε το πλάτος του παλμού σε picoseconds ή ακόμα και νανοδευτερόλεπτα για ενίσχυση και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τη μέθοδο αντιστάθμισης chirp (αρνητικό τσιρπ) για να συμπιέσετε το πλάτος του παλμού αφού λάβετε επαρκή ενεργειακή ενίσχυση. Η ανάπτυξη λέιζερ femtosecond είναι μεγάλης σημασίας. Πριν το 1990,λέιζερ femtosecondΟι παλμοί είχαν ληφθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογία κλειδώματος λειτουργίας λέιζερ βαφής με μεγάλο εύρος ζώνης απολαβής. Ωστόσο, η συντήρηση και η διαχείριση του laser βαφής είναι εξαιρετικά περίπλοκη, γεγονός που περιορίζει την εφαρμογή του. Με τη βελτίωση της ποιότητας των κρυστάλλων Ti:Sapphire, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν βραχύτεροι κρύσταλλοι για την επίτευξη επαρκώς υψηλών απολαβών για την επίτευξη βραχείας ταλάντωσης παλμού. Το 1991, οι Spence et al. ανέπτυξε για πρώτη φορά ένα λέιζερ Femtosecond Ti:Sapphire με αυτόματη λειτουργία κλειδώματος. Η επιτυχημένη ανάπτυξη ενός λέιζερ femtosecond Ti:Sapphire πλάτους παλμού 60fs προώθησε σημαντικά την εφαρμογή και την ανάπτυξη λέιζερ femtosecond. Το 1994, η χρήση της τεχνολογίας ενίσχυσης παλμών κελαηδίσματος για την απόκτηση παλμών λέιζερ μικρότερου από 10fs, επί του παρόντος με τη βοήθεια της τεχνολογίας κλειδώματος αυτο-λειτουργίας φακού Kerr, της τεχνολογίας οπτικής παραμετρικής ενίσχυσης παλμού κελαηδίσματος, της τεχνολογίας εκκένωσης κοιλότητας, της τεχνολογίας πολλαπλών διελεύσεων κ.λπ. μπορεί να κάνει λέιζερ Το πλάτος του παλμού συμπιέζεται σε λιγότερο από 1fs για να εισέλθει στον τομέα του attosecond και η μέγιστη ισχύς του παλμού λέιζερ αυξάνεται επίσης από terawatt (1TW=10^12W) σε petawatt (1PW=10^15W). Αυτές οι σημαντικές ανακαλύψεις στην τεχνολογία λέιζερ έχουν προκαλέσει εκτεταμένες και σε βάθος αλλαγές σε πολλούς τομείς. Στον τομέα της φυσικής, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο εξαιρετικά υψηλής έντασης που δημιουργείται από το λέιζερ femtosecond μπορεί να δημιουργήσει σχετικιστικά νετρόνια και μπορεί επίσης να χειριστεί άμεσα άτομα και μόρια. Σε μια επιτραπέζια συσκευή λέιζερ πυρηνικής σύντηξης, ένας παλμός λέιζερ femtosecond χρησιμοποιείται για την ακτινοβολία μοριακών συστάδων δευτερίου-τριτίου. Μπορεί να ξεκινήσει μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης και να παράγει μεγάλο αριθμό νετρονίων. Όταν το λέιζερ femtosecond αλληλεπιδρά με το νερό, μπορεί να προκαλέσει το ισότοπο υδρογόνου δευτερίου να υποστεί μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης, δημιουργώντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Η χρήση λέιζερ femtosecond για τον έλεγχο της πυρηνικής σύντηξης μπορεί να αποκτήσει ελεγχόμενη ενέργεια πυρηνικής σύντηξης. Στο Εργαστήριο Φυσικής του Σύμπαντος, το πλάσμα υψηλής πυκνότητας ενέργειας που παράγεται από παλμούς φωτός εξαιρετικά υψηλής έντασης λέιζερ femtosecond μπορεί να αναπαράγει τα εσωτερικά φαινόμενα του Γαλαξία και των άστρων στο έδαφος. Η μέθοδος ανάλυσης χρόνου femtosecond μπορεί να παρατηρήσει ξεκάθαρα τις αλλαγές των μορίων που τοποθετούνται στο νανοδιάστημα και τις εσωτερικές ηλεκτρονικές καταστάσεις τους στη χρονική κλίμακα των femtoseconds. Στον τομέα της βιοϊατρικής, λόγω της υψηλής ισχύος αιχμής και της πυκνότητας ισχύος των λέιζερ femtosecond, συχνά προκαλούνται διάφορα μη γραμμικά φαινόμενα όπως ο ιονισμός πολλαπλών φωτονίων και τα φαινόμενα αυτοεστίασης κατά την αλληλεπίδραση με διάφορα υλικά. Ταυτόχρονα, ο χρόνος αλληλεπίδρασης μεταξύ του λέιζερ femtosecond και των βιολογικών ιστών είναι ασήμαντος σε σύγκριση με τον χρόνο θερμικής χαλάρωσης των βιολογικών ιστών (της τάξης του ns). Για τους βιολογικούς ιστούς, μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά μερικούς βαθμούς θα γίνει κύμα πίεσης στα νεύρα. Τα κύτταρα παράγουν πόνο και θερμική βλάβη στα κύτταρα, έτσι το λέιζερ femtosecond μπορεί να επιτύχει ανώδυνη και χωρίς θερμότητα θεραπεία. Το λέιζερ Femtosecond έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής ενέργειας, της μικρής βλάβης, της υψηλής ακρίβειας και της αυστηρής τοποθέτησης σε τρισδιάστατο χώρο, που μπορεί να καλύψει τις ιδιαίτερες ανάγκες του βιοϊατρικού τομέα στο μέγιστο βαθμό. Το λέιζερ femtosecond χρησιμοποιείται για τη θεραπεία των δοντιών για την απόκτηση καθαρών και τακτοποιημένων καναλιών χωρίς καμία ζημιά στις άκρες, αποφεύγοντας την επίδραση μηχανικής καταπόνησης και θερμικής καταπόνησης που προκαλείται από λέιζερ μεγάλου παλμού (όπως Er:YAG), ασβεστοποίηση, ρωγμές και τραχιές επιφάνειες. Όταν το λέιζερ femtosecond εφαρμόζεται στη λεπτή κοπή βιολογικών ιστών, η φωταύγεια πλάσματος κατά την αλληλεπίδραση του λέιζερ femtosecond με βιολογικούς ιστούς μπορεί να αναλυθεί ανά φάσμα και να αναγνωριστεί ο οστικός ιστός και ο ιστός χόνδρου, ώστε να προσδιοριστεί και να ελεγχθεί τι χρειάζεται στη διαδικασία της χειρουργικής θεραπείας Παλμική ενέργεια. Αυτή η τεχνική είναι πολύ σημαντική για χειρουργικές επεμβάσεις νεύρων και σπονδυλικής στήλης. Το λέιζερ femtosecond με εύρος μήκους κύματος 630-1053 nm μπορεί να εκτελέσει ασφαλή, καθαρή, υψηλής ακρίβειας μη θερμική χειρουργική κοπή και αφαίρεση ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού. Ένα λέιζερ femtosecond με μήκος κύματος 1060nm, πλάτος παλμού 800fs, συχνότητα επανάληψης παλμού 2kHz και ενέργεια παλμού 40μ¼J μπορεί να εκτελέσει καθαρές, υψηλής ακρίβειας εργασίες κοπής κερατοειδούς. Το λέιζερ Femtosecond έχει τα χαρακτηριστικά της μη θερμικής βλάβης, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για την επαναγγείωση του μυοκαρδίου με λέιζερ και την αγγειοπλαστική με λέιζερ. Το 2002, το Κέντρο Λέιζερ του Ανόβερου στη Γερμανία χρησιμοποίησε ένα λέιζερ femtosecond για να ολοκληρώσει την πρωτοποριακή παραγωγή της δομής αγγειακής ενδοπρόθεσης σε ένα νέο πολυμερές υλικό. Σε σύγκριση με το προηγούμενο stent από ανοξείδωτο χάλυβα, αυτό το αγγειακό stent έχει καλή βιοσυμβατότητα και βιολογική συμβατότητα. Η ικανότητα αποικοδόμησης έχει μεγάλη σημασία για τη θεραπεία της στεφανιαίας νόσου. Σε κλινικές δοκιμές και βιοδοκιμές, η τεχνολογία λέιζερ femtosecond μπορεί να κόψει αυτόματα τους βιολογικούς ιστούς των οργανισμών σε μικροσκοπικό επίπεδο και να αποκτήσει τρισδιάστατες εικόνες υψηλής ευκρίνειας. Αυτή η τεχνολογία έχει μεγάλη σημασία για τη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου και τη μελέτη γενετικών μεταλλάξεων σε ζώα 368. Στον τομέα της γενετικής μηχανικής. Το 2001, ο K.Konig της Γερμανίας χρησιμοποίησε Ti:Sapphireλέιζερ femtosecondγια την εκτέλεση εργασιών νανοκλίμακας σε ανθρώπινο DNA (χρωμοσώματα) (ελάχιστο πλάτος κοπής 100 nm). Το 2002, οι U.irlapur και Koing χρησιμοποίησαν αλέιζερ femtosecondνα δημιουργήσει έναν αναστρέψιμο μικροπόρο στη μεμβράνη του καρκινικού κυττάρου και στη συνέχεια να αφήσει το DNA να εισέλθει στο κύτταρο μέσω αυτής της οπής. Αργότερα, η ανάπτυξη του ίδιου του κυττάρου έκλεισε την τρύπα, επιτυγχάνοντας έτσι με επιτυχία τη μεταφορά γονιδίων. Αυτή η τεχνική έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αξιοπιστίας και του καλού αποτελέσματος μεταμόσχευσης και είναι μεγάλης σημασίας για τη μεταμόσχευση ξένου γενετικού υλικού σε διάφορα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των βλαστοκυττάρων. Στον τομέα της κυτταρικής μηχανικής, τα λέιζερ femtosecond χρησιμοποιούνται για την επίτευξη νανοχειρουργικών επεμβάσεων σε ζωντανά κύτταρα χωρίς να καταστρέφεται η κυτταρική μεμβράνη. Αυτές οι τεχνικές λειτουργίας λέιζερ femtosecond έχουν θετική σημασία για την έρευνα της γονιδιακής θεραπείας, της δυναμικής των κυττάρων, της πολικότητας των κυττάρων, της αντοχής στα φάρμακα και των διαφορετικών συστατικών των κυττάρων και της υποκυτταρικής ετερογενούς δομής. Στον τομέα της επικοινωνίας οπτικών ινών, ο χρόνος απόκρισης των υλικών οπτοηλεκτρονικών συσκευών ημιαγωγών είναι το «σημείο συμφόρησης» που περιορίζει την επικοινωνία οπτικών ινών υπερ-εμπορικής ταχύτητας. Η εφαρμογή της τεχνολογίας συνεκτικού ελέγχου femtosecond κάνει την ταχύτητα των ημιαγωγικών οπτικών διακοπτών να φτάνει τα 10000 Gbit/s, γεγονός που μπορεί τελικά να φτάσει στο θεωρητικό όριο της κβαντικής μηχανικής. . Επιπλέον, η τεχνολογία διαμόρφωσης κυματομορφής Fourier των παλμών λέιζερ femtosecond εφαρμόζεται σε οπτικές επικοινωνίες μεγάλης χωρητικότητας, όπως πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου, πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος και πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης κώδικα και μπορεί να επιτευχθεί ρυθμός μετάδοσης δεδομένων 1 Tbit/s. Στον τομέα της εξαιρετικά λεπτής επεξεργασίας, το ισχυρό αποτέλεσμα αυτο-εστίασης τουλέιζερ femtosecondΟι παλμοί σε διαφανή μέσα καθιστούν το εστιακό σημείο του λέιζερ μικρότερο από το όριο περίθλασης, προκαλώντας μικροεκρήξεις μέσα στο διαφανές υλικό για να σχηματιστούν στερεοφωνικά εικονοστοιχεία με διάμετρο μικρότερο του μικρού. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορεί να πραγματοποιηθεί τρισδιάστατη οπτική αποθήκευση υψηλής πυκνότητας και η πυκνότητα αποθήκευσης μπορεί να φτάσει τα 10^12 bits/cm3. Και μπορεί να πραγματοποιήσει γρήγορη ανάγνωση, εγγραφή και παράλληλη τυχαία πρόσβαση δεδομένων. Η διαφωνία μεταξύ γειτονικών επιπέδων bit δεδομένων είναι πολύ μικρή και η τρισδιάστατη τεχνολογία αποθήκευσης έχει γίνει μια νέα ερευνητική κατεύθυνση στην ανάπτυξη της τρέχουσας τεχνολογίας μαζικής αποθήκευσης. Οι οπτικοί κυματοδηγοί, οι διαχωριστές δέσμης, οι ζεύκτες κ.λπ. είναι τα βασικά οπτικά στοιχεία της ολοκληρωμένης οπτικής. Χρησιμοποιώντας λέιζερ femtosecond σε μια ελεγχόμενη από υπολογιστή πλατφόρμα επεξεργασίας, δισδιάστατοι και τρισδιάστατοι οπτικοί κυματοδηγοί οποιουδήποτε σχήματος μπορούν να κατασκευαστούν σε οποιαδήποτε θέση μέσα στο υλικό. , Διαχωριστής δέσμης, συζευκτήρας και άλλες φωτονικές συσκευές και μπορούν να συνδυαστούν με τυπική οπτική ίνα, χρησιμοποιώντας λέιζερ femtosecond μπορεί επίσης να δημιουργήσει μικροκάτοπτρο 45 ° μέσα στο φωτοευαίσθητο γυαλί και τώρα έχει παραχθεί ένα οπτικό κύκλωμα που αποτελείται από 3 εσωτερικούς μικροκάτοπτρα , Μπορεί να κάνει τη δοκό να περιστρέφεται 270° στην περιοχή 4mmx5mm. Πιο επιστημονικά, οι επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησαν πρόσφατα λέιζερ femtosecond για να δημιουργήσουν έναν οπτικό κυματοδηγό απολαβής μήκους 1 cm, ο οποίος μπορεί να δημιουργήσει κέρδος σήματος 3dB/cm κοντά στα 1062nm. Το πλέγμα Fiber Bragg έχει αποτελεσματικά χαρακτηριστικά επιλογής συχνότητας, συνδέεται εύκολα με το σύστημα επικοινωνίας ινών και έχει χαμηλή απώλεια. Ως εκ τούτου, παρουσιάζει πλούσια χαρακτηριστικά μετάδοσης στον τομέα της συχνότητας και έχει γίνει ένα hotspot έρευνας συσκευών οπτικών ινών. Το 2000, οι Kawamora K et al. χρησιμοποίησε δύο υπέρυθρες συμβολομετρίες λέιζερ femtosecond για να αποκτήσει για πρώτη φορά ολογραφικές σχάρες ανάγλυφης επιφάνειας. Αργότερα, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και της τεχνολογίας παραγωγής, το 2003 ο Mihaiby. S et al. χρησιμοποίησε παλμούς λέιζερ Ti:Sapphire femtosecond σε συνδυασμό με πλάκες φάσης μηδενικής τάξης για να ληφθούν ανακλαστικές σχάρες Bragg στον πυρήνα των ινών επικοινωνίας. Έχει υψηλό εύρος διαμόρφωσης δείκτη διάθλασης και καλή σταθερότητα θερμοκρασίας. Ο φωτονικός κρύσταλλος είναι μια διηλεκτρική δομή με περιοδική διαμόρφωση του δείκτη διάθλασης στο διάστημα και η περίοδος μεταβολής του είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με το μήκος κύματος του φωτός. Η συσκευή φωτονικών κρυστάλλων είναι μια ολοκαίνουργια συσκευή που ελέγχει τη διάδοση των φωτονίων και έχει γίνει ερευνητικό hotspot στον τομέα της φωτονικής. Το 2001, οι Sun H B et al. χρησιμοποίησε λέιζερ femtosecond για την κατασκευή φωτονικών κρυστάλλων με αυθαίρετα πλέγματα σε γυαλί πυριτίου με πρόσμειξη γερμανίου, το οποίο μπορεί να επιλέξει μεμονωμένα άτομα. Το 2003, οι Serbin J et al. χρησιμοποίησε λέιζερ femtosecond για να προκαλέσει πολυμερισμό δύο φωτονίων ανόργανων-οργανικών υβριδικών υλικών για τη λήψη τρισδιάστατων μικροδομών και φωτονικών κρυστάλλων με μέγεθος δομής μικρότερο από 200 nm και περίοδο 450 nm. Τα λέιζερ Femtosecond έχουν επιτύχει πρωτοποριακά αποτελέσματα στον τομέα της επεξεργασίας μικροφωτονικών συσκευών, έτσι ώστε οι κατευθυντικοί σύνδεσμοι, τα φίλτρα ζώνης, οι πολυπλέκτης, οι οπτικοί διακόπτες, οι μετατροπείς μήκους κύματος και οι διαμορφωτές να μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε ένα "τσιπ" Επίπεδοι βρόχοι φωτός με άλλα εξαρτήματα. Έθεσε τα θεμέλια για τις φωτονικές συσκευές που θα αντικαταστήσουν τις ηλεκτρονικές συσκευές. Η τεχνολογία φωτομάσκας και λιθογραφίας είναι μια βασική τεχνολογία στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, η οποία σχετίζεται άμεσα με την ποιότητα και την απόδοση παραγωγής προϊόντων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Τα λέιζερ Femtosecond μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιδιόρθωση των ελαττωμάτων της φωτομάσκας και το επισκευασμένο πλάτος γραμμής μπορεί να φτάσει σε ακρίβεια μικρότερη από 100 nm. ολέιζερ femtosecondΗ τεχνολογία άμεσης γραφής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την γρήγορη και αποτελεσματική κατασκευή φωτομάσκας υψηλής ποιότητας. Αυτά τα αποτελέσματα είναι πολύ σημαντικά για τη μικρο. Η ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας είναι μεγάλης σημασίας.
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
