Pengembangan dan penerapan teknologi laser femtosecond
2021-12-15
Sejak Maman pertama kali memperoleh output pulsa laser pada tahun 1960, proses kompresi manusia dari lebar pulsa laser secara kasar dapat dibagi menjadi tiga tahap: tahap teknologi Q-switching, tahap teknologi penguncian mode, dan tahap teknologi amplifikasi pulsa kicau. Amplifikasi pulsa kicau (CPA) adalah teknologi baru yang dikembangkan untuk mengatasi efek pemfokusan diri yang dihasilkan oleh bahan laser solid-state selama amplifikasi laser femtosecond. Ini pertama menyediakan pulsa ultra-pendek yang dihasilkan oleh laser mode-locked. "Kicau positif", perluas lebar pulsa ke picoseconds atau bahkan nanodetik untuk amplifikasi, dan kemudian gunakan metode kompensasi kicauan (kicauan negatif) untuk mengompresi lebar pulsa setelah mendapatkan amplifikasi energi yang cukup. Pengembangan laser femtosecond sangat penting. Sebelum tahun 1990,laser femtosecondpulsa telah diperoleh menggunakan teknologi penguncian mode laser pewarna dengan bandwidth gain lebar. Namun, pemeliharaan dan pengelolaan laser pewarna sangat rumit, yang membatasi penerapannya. Dengan peningkatan kualitas kristal Ti: Safir, kristal yang lebih pendek juga dapat digunakan untuk memperoleh penguatan yang cukup tinggi untuk mencapai osilasi pulsa pendek. Pada tahun 1991, Spence et al. mengembangkan laser femtosecond Ti:Sapphire yang dikunci mode-sendiri untuk pertama kalinya. Keberhasilan pengembangan lebar pulsa 60fs Ti: laser femtosecond Sapphire sangat mendorong penerapan dan pengembangan laser femtosecond. Pada tahun 1994, penggunaan teknologi amplifikasi pulsa kicau untuk mendapatkan pulsa laser kurang dari 10fs, saat ini dengan bantuan teknologi penguncian mode-sendiri lensa Kerr, teknologi amplifikasi pulsa kicau parametrik optik, teknologi pengosongan rongga, teknologi amplifikasi multi-pass, dll. dapat membuat laser Lebar pulsa dikompresi menjadi kurang dari 1fs untuk memasuki domain attosecond, dan kekuatan puncak pulsa laser juga meningkat dari terawatt (1TW=10^12W) menjadi petawatt (1PW=10^15W). Terobosan besar dalam teknologi laser ini telah memicu perubahan yang luas dan mendalam di banyak bidang. Di bidang fisika, medan elektromagnetik intensitas ultra tinggi yang dihasilkan oleh laser femtosecond dapat menghasilkan neutron relativistik, dan juga dapat memanipulasi atom dan molekul secara langsung. Pada perangkat laser fusi nuklir desktop, pulsa laser femtosecond digunakan untuk menyinari gugus molekul deuterium-tritium. Ini dapat memulai reaksi fusi nuklir dan menghasilkan sejumlah besar neutron. Ketika laser femtosecond berinteraksi dengan air, dapat menyebabkan deuterium isotop hidrogen mengalami reaksi fusi nuklir, menghasilkan sejumlah besar energi. Menggunakan laser femtosecond untuk mengontrol fusi nuklir dapat memperoleh energi fusi nuklir yang dapat dikontrol. Di Laboratorium Fisika Alam Semesta, plasma berdensitas energi tinggi yang dihasilkan oleh pulsa cahaya laser femtosecond berintensitas sangat tinggi dapat mereproduksi fenomena internal Bima Sakti dan bintang-bintang di bumi. Metode resolusi waktu femtosecond dapat dengan jelas mengamati perubahan molekul yang ditempatkan di ruang nano dan keadaan elektronik internalnya pada skala waktu femtosekon. Di bidang biomedis, karena daya puncak dan kepadatan daya laser femtosecond yang tinggi, berbagai efek non-linier seperti ionisasi multifoton dan efek pemfokusan diri sering terjadi saat berinteraksi dengan berbagai bahan. Pada saat yang sama, waktu interaksi antara laser femtosecond dan jaringan biologis tidak signifikan dibandingkan dengan waktu relaksasi termal jaringan biologis (dalam orde ns). Untuk jaringan biologis, kenaikan suhu beberapa derajat akan menjadi gelombang tekanan ke saraf. Sel-sel menghasilkan rasa sakit dan kerusakan panas pada sel-sel, sehingga laser femtosecond dapat mencapai perawatan tanpa rasa sakit dan bebas panas. Laser Femtosecond memiliki keunggulan energi rendah, kerusakan kecil, akurasi tinggi dan penentuan posisi yang ketat dalam ruang tiga dimensi, yang dapat memenuhi kebutuhan khusus bidang biomedis secara maksimal. Laser femtosecond digunakan untuk merawat gigi untuk mendapatkan saluran yang bersih dan rapi tanpa kerusakan tepi, menghindari pengaruh tekanan mekanis dan tekanan termal yang disebabkan oleh laser pulsa panjang (seperti Er:YAG), pengapuran, retakan dan permukaan kasar. Ketika laser femtosecond diterapkan pada pemotongan halus jaringan biologis, pendaran plasma selama interaksi laser femtosecond dengan jaringan biologis dapat dianalisis dengan spektrum, dan jaringan tulang dan jaringan tulang rawan dapat diidentifikasi, sehingga dapat menentukan dan mengontrol apa sangat dibutuhkan dalam proses perawatan bedah Energi nadi. Teknik ini sangat penting untuk operasi saraf dan tulang belakang. Laser femtosecond dengan rentang panjang gelombang 630-1053nm dapat melakukan pemotongan bedah non-termal yang aman, bersih, presisi tinggi dan ablasi jaringan otak manusia. Laser femtosecond dengan panjang gelombang 1060nm, lebar pulsa 800fs, frekuensi pengulangan pulsa 2kHz, dan energi pulsa 40μJ dapat melakukan operasi pemotongan kornea yang bersih dan presisi tinggi. Laser femtosecond memiliki karakteristik tidak ada kerusakan termal, yang sangat penting untuk revaskularisasi miokard laser dan angioplasti laser. Pada tahun 2002, Pusat Laser Hannover di Jerman menggunakan laser femtosecond untuk menyelesaikan produksi terobosan struktur stent vaskular pada bahan polimer baru. Dibandingkan dengan stent stainless steel sebelumnya, stent vaskular ini memiliki biokompatibilitas dan kompatibilitas biologis yang baik. Degradabilitas sangat penting untuk pengobatan penyakit jantung koroner. Dalam pengujian klinis dan bioassay, teknologi laser femtosecond dapat secara otomatis memotong jaringan biologis organisme pada tingkat mikroskopis, dan memperoleh gambar tiga dimensi definisi tinggi. Teknologi ini sangat penting untuk diagnosis dan pengobatan kanker dan studi 368 mutasi genetik hewan. Di bidang rekayasa genetika. Pada tahun 2001, K.Konig dari Jerman menggunakan Ti:Sapphirelaser femtoseconduntuk melakukan operasi skala nano pada DNA manusia (kromosom) (lebar pemotongan minimum 100nm). Pada tahun 2002, U.irlapur dan Koing menggunakan alaser femtoseconduntuk membuat mikropori reversibel di membran sel kanker, dan kemudian membiarkan DNA masuk ke dalam sel melalui lubang ini. Kemudian, pertumbuhan sel itu sendiri menutup lubang, sehingga berhasil mencapai transfer gen. Teknik ini memiliki keunggulan keandalan yang tinggi dan efek transplantasi yang baik, dan sangat penting untuk transplantasi materi genetik asing ke dalam berbagai sel termasuk sel punca. Di bidang rekayasa sel, laser femtosecond digunakan untuk mencapai operasi nano-bedah dalam sel hidup tanpa merusak membran sel. Teknik operasi laser femtosecond ini memiliki signifikansi positif untuk penelitian terapi gen, dinamika sel, polaritas sel, resistensi obat, dan berbagai komponen sel dan struktur heterogen subseluler. Di bidang komunikasi serat optik, waktu respons bahan perangkat optoelektronik semikonduktor adalah "bottleneck" yang membatasi komunikasi serat optik kecepatan super-komersial. Penerapan teknologi kontrol koheren femtosecond membuat kecepatan sakelar optik semikonduktor mencapai 10000Gbit/s, yang akhirnya dapat mencapai batas teoretis mekanika kuantum. . Selain itu, teknologi pembentukan bentuk gelombang Fourier dari pulsa laser femtosecond diterapkan pada komunikasi optik berkapasitas besar seperti multiplexing pembagian waktu, multiplexing pembagian panjang gelombang dan akses ganda pembagian kode, dan kecepatan transmisi data 1Tbit/s dapat diperoleh. Di bidang pemrosesan ultra-halus, efek pemfokusan diri yang kuat darilaser femtosecondpulsa dalam media transparan membuat titik fokus laser lebih kecil dari batas difraksi, menyebabkan ledakan mikro di dalam bahan transparan untuk membentuk piksel stereo dengan diameter sub-mikron. Dengan menggunakan metode ini, penyimpanan optik tiga dimensi dengan kepadatan tinggi dapat dilakukan, dan kepadatan penyimpanan dapat mencapai 10^12bit/cm3. Dan dapat mewujudkan pembacaan data yang cepat, penulisan, dan akses acak data paralel. Crosstalk antara lapisan bit data yang berdekatan sangat kecil, dan teknologi penyimpanan tiga dimensi telah menjadi arah penelitian baru dalam pengembangan teknologi penyimpanan massal saat ini. Pemandu gelombang optik, beam splitter, coupler, dll. adalah komponen optik dasar dari optik terintegrasi. Menggunakan laser femtosecond pada platform pemrosesan yang dikendalikan komputer, pandu gelombang optik dua dimensi dan tiga dimensi dalam bentuk apa pun dapat dibuat pada posisi apa pun di dalam material. , Pembagi sinar, coupler dan perangkat fotonik lainnya, dan dapat digabungkan dengan serat optik standar, menggunakan laser femtosecond juga dapat membuat cermin mikro 45 ° di dalam kaca fotosensitif, dan sekarang sirkuit optik yang terdiri dari 3 cermin mikro internal telah diproduksi , Dapat membuat balok berputar 270 ° di area 4mmx5mm. Secara lebih ilmiah, para ilmuwan di Amerika Serikat baru-baru ini menggunakan laser femtosecond untuk membuat pandu gelombang optik gain sepanjang 1cm, yang dapat menghasilkan penguatan sinyal 3dB/cm di dekat 1062nm. Kisi-kisi Fiber Bragg memiliki karakteristik pemilihan frekuensi yang efektif, mudah dipasangkan dengan sistem komunikasi serat dan memiliki kerugian yang rendah. Oleh karena itu, ia menunjukkan karakteristik transmisi yang kaya dalam domain frekuensi dan telah menjadi hotspot penelitian perangkat serat optik. Pada tahun 2000, Kawamora K et al. menggunakan dua interferometri laser femtosecond inframerah untuk mendapatkan kisi-kisi holografik relief permukaan untuk pertama kalinya. Kemudian, dengan perkembangan teknologi dan teknologi produksi, pada tahun 2003 Mihaiby. S dkk. menggunakan Ti: pulsa laser femtosecond Safir yang dikombinasikan dengan pelat fase orde nol untuk mendapatkan kisi Bragg reflektif pada inti serat komunikasi. Ini memiliki rentang modulasi indeks bias tinggi dan stabilitas suhu yang baik. Kristal fotonik adalah struktur dielektrik dengan modulasi periodik indeks bias dalam ruang, dan periode perubahannya adalah urutan besarnya yang sama dengan panjang gelombang cahaya. Perangkat kristal fotonik adalah perangkat baru yang mengontrol propagasi foton, dan telah menjadi pusat penelitian di bidang fotonik. Pada tahun 2001, Sun H B et al. menggunakan laser femtosecond untuk membuat kristal fotonik dengan kisi sewenang-wenang dalam kaca silika yang didoping germanium, yang secara individual dapat memilih atom individu. Pada tahun 2003, Serbin J et al. menggunakan laser femtosecond untuk menginduksi polimerisasi dua foton dari bahan hibrid anorganik-organik untuk mendapatkan struktur mikro tiga dimensi dan kristal fotonik dengan ukuran struktur kurang dari 200nm dan periode 450nm. Laser femtosecond telah mencapai hasil terobosan di bidang pemrosesan perangkat mikrofotonik, sehingga konektor terarah, filter bandpass, multiplexer, sakelar optik, konverter panjang gelombang, dan modulator dapat diproses pada loop gelombang cahaya Planar "chip" dengan komponen lain. Meletakkan dasar untuk perangkat fotonik untuk menggantikan perangkat elektronik. Teknologi photomask dan litografi adalah teknologi kunci di bidang mikroelektronika, yang secara langsung berkaitan dengan kualitas dan efisiensi produksi produk sirkuit terpadu. Laser femtosecond dapat digunakan untuk memperbaiki cacat dari photomask, dan lebar garis yang diperbaiki dapat mencapai akurasi kurang dari 100nm. Itulaser femtosecondteknologi penulisan langsung dapat digunakan untuk membuat masker foto berkualitas tinggi dengan cepat dan efektif. Hasil ini sangat penting bagi mikro. Perkembangan teknologi elektronik sangat penting.
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
