Фемто-лазеры. Особенности Ti:сапфирового лазера • Фемтосекундный лазер (англ. femtosecond laser) - оптический квантовый генератор, способный генерировать когерентные сверхкороткие импульсы длительностью порядка 10-15 фемтосекунд. • 10 фс / 1 мин = 1мин / возраст Вселенной • Пиковая мощность лазерного импульса 14 ~ 10 Вт, генерируемого современной мультитераваттной лазерной системой (1 тераватт (ТВт) = 1012 Вт), в десятки раз превышает мощность всех источников энергии на планете. Применение фемто-лазеров Лазерный управляемый термоядерный синтез. Рекордные 1. интенсивности в фокусе лазерного луча составляют ~ 2 22 21 ÷ Вт / . см 10 10 При нагреве вещества такими импульсами достигаются температуры в десятки и сотни миллионов градусов, что соответствует температурам инициирования ядерных реакций. Применение фемто-лазеров 2. Исследование быстропротекающих релаксационных процессов Предельно малая длительность импульсов позволяет с их помощью возбуждать сильнонеравновесные состояния и исследовать быстропротекающие релаксационные процессы в веществе, например теплообмен между электронами проводимости и кристаллической решеткой в металлах, происходящий в пикосекундном временном диапазоне. Фемтосекундная спектроскопия Фемтосекундная спектроскопия - совокупность методов исследования веществ с помощью световых импульсов фемтосекундной длительности. • Релаксация колебательного и электронного возбуждений • Внутреннее движение молекул • Элементарные стадии химических реакций • Релаксация фотовозбуждённых электронов в полупроводниках • Первичная стадия преобразования света в фотосинтезирующих и зрительных пигментах Применение фемто-лазеров 3. Прецизионная обработка широкого класса материалов Высокая мощность ФЛИ, сочетающаяся с низкой расходимостью лазерного излучения, позволяет концентрировать световую энергию в очень малом объеме. При фокусировке микрообъективом с большой числовой апертурой диаметр фокального пятна соизмерим с длиной волны лазерного излучения, и составляет примерно 0,5÷1 мкм. Применение фемто-лазеров 4. Лазерная коррекция зрения Достигается путем изменения преломляющей силы роговицы, придания ей новой формы эксимерным лазером. Испарение происходит из средних слоёв роговицы. Для доступа к ним формируется роговичный клапан. При использовании фемтосопровождения коррекции формирование роговичного клапана выполняется не механическим инструментом, а путём расслоения тканей фемтосекундным лазером. Принцип действия Принцип действия лазеров УКИ основан на синхронизации мод в лазерном резонаторе. 1. Генерация начинается сразу во всех модах со случайной фазой и интенсивностью, а потом происходит отсев, в результате которого все моды становятся жёстко связаны (в резонаторе остаются только моды с определёнными частотами и интенсивностями), таким образом в резонаторе остаётся только один импульс с очень короткой длительностью. 2. Генерация начинается на одной моде, но потом, в результате межмодового взаимодействия, генерация возбуждается и на других модах с необходимой разностью фаз и относительной интенсивностью. Конструкция Ti-сапфирового лазера Принцип работы Ti:сапфирового лазера Более интенсивный (ярко-красный) импульс фокусируется в Ti: сапфире лучше, чем более слабый (бледно-красный). 1 - глухое зеркало внутреннего резонатора; 2 - активная среда — Ti: сапфир; 3 - полупрозрачное зеркало внутреннего резонатора; 4 - диафрагма, которая не пропускает часть слабого импульса.
