Wat is een ultrakorte pulslaser?
De ultrakorte pulslaser is een generieke naam voor elk type laser dat in extreem korte perioden pulsen of uitbarstingen van coherent licht produceert, meestal gemeten in picoseconden of femtoseconden. Een picoseconde is een triljoenste van een seconde en een femtoseconde is 1.000 keer korter dan een picoseconde of een vierduizenden seconde. Met deze schakelsnelheden voor de ultrakorte pulslaser kan deze enkele degradatie-effecten overwinnen die normale niet-pulslasers tegenkomen. Dit geeft hen toepassingen in militaire technologie, datacommunicatie en in de medische wetenschap, zoals voor het doden van virussen in het lichaam door externe laserbehandeling, zonder het normale levende weefsel te beschadigen.
Het tijdbereik dat de pulsduur vanaf 2011 in de huidige ultrakorte pulslasertechnologie beslaat, loopt van enkele picoseconden voor elke laserpuls tot 5 femtoseconden. De technologie wordt echter aangedreven in de richting van het creëren van een ultrakorte pulslaser in het attoseconde bereik, die pulsen zou hebben die 1000 keer sneller optraden dan een femtoseconde laser, of één keer per kwartiel van een seconde. Attoseconde lasers zouden onderzoekers in staat stellen om de beweging van elektronen rond atoomkernen in realtime te volgen, wat zou helpen bij zowel fysica- als chemieonderzoek en -ontwikkeling.
Terwijl vroege lasers gebaseerd waren op het genereren van stralen van coherent licht met behulp van robijnrode kristallen, gebruiken femtoseconde lasers titanium-gedoteerd aluminiumoxide, een type blauwgroene saffier dat voor het eerst in 1986 voor dit doel werd geproduceerd. Typische pulsenergie van zo'n 20 femtoseconde laser is ongeveer 3 nanojoule per puls, of drie miljardste joule. Omdat dit een extreem kleine hoeveelheid energie is, wordt de straal versterkt met behulp van een externe stralingsbron. Solid-state materialen hebben bewezen de beste versterkers te zijn, waarbij ytterbiumglas het meest effectief is en de puls versterkt tot 100 joule per vierkante centimeter. Vroege pogingen met kleurstoffen of neodymium: yttrium-aluminium-granaatkristallen verhoogden de pulsenergie van 1 millijoule tot 0,5 joule per vierkante centimeter.
Er zijn veel mogelijke toepassingen voor het gebruik van de ultrakorte pulslaser. Ze zouden glasvezelcommunicatie door lichtsignaaltransmissie naar een nieuw niveau brengen, waardoor veel meer gegevens op een pulsstraal kunnen worden overgedragen dan glasvezel momenteel in staat is vanaf 2011, waardoor de term breedband een geheel nieuwe betekenis krijgt. Ze kunnen ook worden gebruikt voor het ablateren van materialen van een oppervlak en het veranderen van een vaste stof in een gas zonder enige warmte in het proces toe te voegen, wat verschillende industriële snij- en vormprocessen voor metalen en composieten zou verbeteren. De technologie biedt ook het voordeel dat het als een uiterst precieze vorm van scalpel in de geneeskunde dient voor het verwijderen van kankertumoren of het herstellen van het optische hoornvlies bij mensen met een verminderd gezichtsvermogen.