Vad är en Ultrashort-pulslaser?

Ultrashort-pulslasern är ett generiskt namn för alla typer av laser som producerar pulser eller skurar av sammanhängande ljus under extremt korta tidsperioder, vanligtvis uppmätta i picosekunder eller femtosekunder. Ett picosekund är en biljon sekund och ett femtosekund är 1 000 gånger kortare än ett picosekund eller en fjärdedels sekund. Dessa omkopplingshastigheter för ultrashort-pulslaser gör att den kan övervinna vissa nedbrytningseffekter som normala icke-pulslasrar möter. Detta ger dem tillämpningar inom militär teknik, datakommunikation och inom medicinsk vetenskap, såsom för att döda virus i kroppen genom extern laserbehandling, utan att skada normal levande vävnad.

Tidsintervallet som pulslängden sträcker sig över nuvarande ultrashort-pulslaserteknologi från och med 2011 är från några få picosekunder för varje laserpuls ner till 5 femtosekunder. Tekniken drivs mot att skapa en ultrashort-pulslaser inom attosekundområdet, men som skulle ha pulser som inträffade 1 000 gånger snabbare än en femtosekundslaser, eller en gång var fjärdedels sekund. Attosekundlasrar 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 alstra strålar med sammanhängande ljus med hjälp av rubinkristaller, använder femtosekundlasrar titandoperad aluminiumoxid, en typ av blågrön safir som först producerades 1986 för detta ändamål. Typisk pulsenergi från en sådan 20 femtosekund laser är cirka 3 nanojouler per puls, eller tre miljarder av en joule. Eftersom detta är en extremt liten mängd energi förstärks strålen med en extern strålningskälla. Massiva tillståndsmaterial har visat sig vara de bästa förstärkarna, där ytterbiumglas är det mest effektiva och förstärker pulsen upp till 100 joule per kvadratcentimeter. Tidiga försök med användning av färgämnen eller neodym: yttrium aluminium granatkristaller ökade pulsenergi från 1 millijoule till 0,5 joule per kvadratcentimeter.

Det finns många potentiella tillämpningar för användning av ultrashortpulslasern. De skulle ta fiberoptisk kommunikation genom ljussignalöverföring till en ny nivå, vilket gör att mycket mer data kan transporteras på en pulsstråle än vad fiberoptik för närvarande kan från och med 2011, vilket ger termen bredband en helt ny betydelse. De kan också användas för att avlägsna material bort från en yta och ändra det från ett fast ämne 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 fungera som en extremt exakt form av skalpell i medicinen för att avlägsna cancertumörer eller reparera den optiska hornhinnan hos personer med svag syn.