Co je to Ultrashort Pulse Laser?
Ultrashort pulsní laser je obecný název pro jakýkoli typ laseru, který produkuje pulzy nebo výbuchy koherentního světla v extrémně krátkých časových obdobích, obvykle měřených v pikosekundách nebo femtosekundách. Pikosekunda je jedna biliontina sekundy a femtosekunda je 1 000krát kratší než pikosekunta nebo jedna kvadriliontina sekundy. Tyto rychlosti přepínání pro ultrakrátký pulsní laser mu umožňují překonat některé degradační účinky, s nimiž se běžné non-pulzní lasery setkávají. To jim dává aplikace ve vojenské technologii, datových komunikacích a ve lékařské vědě, jako je například zabíjení virů v těle pomocí vnějšího laserového ošetření, aniž by došlo k poškození normální živé tkáně.
Časové rozpětí, které doba trvání pulsu překračuje současná technologie ultrakrátkých pulsních laserů od roku 2011, je od několika pikosekund za každý laserový puls až do 5 femtosekund. Tato technologie se však zaměřuje na vytvoření ultrakrátkého pulsního laseru v dosahu vosu, který by však měl pulsy, které by se vyskytly 1 000krát rychleji než femtosekundový laser, nebo jednou za každých půl milionu sekundy. Attosecond lasery by umožnily vědcům sledovat pohyb elektronů kolem atomových jader v reálném čase, což by pomohlo ve výzkumu a vývoji fyziky i chemie.
Zatímco časné lasery byly založeny na generování paprsků koherentního světla pomocí rubínových krystalů, femtosekundové lasery používají oxid hlinitý dopovaný titanem, typ modrozeleného safíru, který byl poprvé vyroben v roce 1986 pro tento účel. Typická pulsní energie z takového 20 femtosekundového laseru je asi 3 nanojouly na puls, nebo tři miliardiny joulu. Protože se jedná o extrémně malé množství energie, je paprsek zesílen pomocí externího zdroje záření. Materiály v pevné fázi se osvědčily jako nejlepší zesilovače, přičemž ytterbiové sklo je nejúčinnější a zesiluje puls až do 100 joul na centimetr čtvereční. První pokusy používat barviva nebo neodym: krystaly hlinitého granátu yttria zvýšily pulsní energii z 1 milijoulu na 0,5 joulu na čtvereční centimetr.
Existuje mnoho potenciálních aplikací pro použití ultrazvukového pulsního laseru. Komunikaci s optickými vlákny by přenesli pomocí světelného signálu na novou úroveň, což by umožnilo, aby na pulsním paprsku bylo přenášeno mnohem více dat, než je optická vlákna v současné době schopna od roku 2011, což by pojmu širokopásmové připojení dalo nový význam. Mohly by být také použity pro ablaci materiálů pryč od povrchu a jejich přeměnu z pevné látky na plyn bez přidání tepla v procesu, což by zlepšilo různé průmyslové procesy řezání a tvarování kovů a kompozitů. Tato technologie také nabízí výhodu spočívající v tom, že slouží jako extrémně přesná forma skalpelu v medicíně pro odstranění rakovinových nádorů nebo opravu optické rohovky u lidí se slabým zrakem.