Vad är en ultrashort pulslaser?

Ultrasortpulslasern är ett generiskt namn för alla typer av laser som producerar pulser eller skurar av sammanhängande ljus under extremt korta perioder, vanligtvis mätt i picosekunder eller femtosekunder. En picosekund är en biljon till sekund och en femtosekund är 1 000 gånger kortare än ett picosekund eller en quadrillionth en sekund. Dessa omkopplingshastigheter för ultrashort-pulslaser gör det möjligt att övervinna vissa nedbrytningseffekter som normala icke-pulslasrar möter. Detta ger dem tillämpningar inom militärteknologi, datakommunikation och inom medicinsk vetenskap som för att döda virus i kroppen genom extern laserbehandling, utan att skada normal levande vävnad.

Tidsintervallet som pulsvaraktigheten sträcker sig över den nuvarande ultrasortpulslasertekniken från 2011 är från några få picoSeconds för varje laserpul till 5 femtosekund. Tekniken drivs mot att skapa en ultrashort -pulslaser i attosekundområdet, vilket skulle ha PULSE som inträffade 1 000 gånger snabbare än en femtosekund laser, eller en gång varje kvintillionth en sekund. Attosekundslasrar skulle göra det möjligt för forskare att spåra rörelsen av elektroner runt atomkärnor i realtid, vilket skulle hjälpa både fysik och kemi forskning och utveckling.

Medan tidiga lasrar baserades på att generera strålar av koherent ljus med rubinkristaller, använder femtosekundslasrar titandoped aluminiumoxid, en typ av blågrön safir som först producerades 1986 för detta ändamål. Typisk pulsenergi från en sådan 20 femtosekund laser är cirka 3 nanojoules per puls, eller tre miljarder av en joule. Eftersom detta är en extremt liten mängd energi, amplifieras strålen med hjälp av en extern strålningskälla. Material med fast tillstånd har visat sig vara de bästa förstärkarna, med ytterbiumglas som det mest effektiva och förstärker pulsen upp till 100 joules per kvadratcenTimeter. Tidiga försök med färgämnen eller neodym: yttrium aluminium granatkristaller ökade pulsenergi från 1 millijoule till 0,5 joules per kvadratcentimeter.

Det finns många potentiella applikationer för användning av ultrasortpulslaser. De skulle ta fiberoptiska kommunikationer genom att ljussignalöverföring till en ny nivå, vilket gör det möjligt att bära mycket mer data på en pulsstråle än fiberoptik kan för närvarande från och med 2011, vilket ger termen bredband en helt ny betydelse. De kan också användas för ablaterande material bort från en yta och ändra det från en fast till en gas utan att tillsätta någon värme i processen, vilket skulle förbättra olika industriella skär- och formningsprocesser för metaller och kompositer. Tekniken erbjuder också fördelen med att tjäna som en extremt exakt form av skalpell i medicin för att ta bort cancertumörer eller reparera den optiska hornhinnan hos personer med misslyckande syn.