ข่าว

สินค้าแนะนำ

ความรู้ระดับมืออาชีพ

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์เฟมโตวินาที

2021-12-15

นับตั้งแต่ Maman ได้รับเอาต์พุตพัลส์เลเซอร์เป็นครั้งแรกในปี 2503 กระบวนการบีบอัดความกว้างพัลส์เลเซอร์ของมนุษย์สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามขั้นตอน: ระยะเทคโนโลยี Q-switching ระยะเทคโนโลยีล็อคโหมด และระยะเทคโนโลยีการขยายสัญญาณพัลส์ที่ร้องเจี๊ยก การขยายสัญญาณชีพจรแบบ Chirped (CPA) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่พัฒนาขึ้นเพื่อเอาชนะเอฟเฟกต์การโฟกัสตัวเองที่สร้างโดยวัสดุเลเซอร์โซลิดสเตตในระหว่างการขยายด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที ขั้นแรกให้พัลส์สั้นพิเศษที่สร้างโดยเลเซอร์ล็อคโหมด "เสียงเจี๊ยบบวก" ขยายความกว้างพัลส์เป็นพิโควินาทีหรือแม้แต่นาโนวินาทีสำหรับการขยายเสียง จากนั้นใช้วิธีชดเชยเสียงร้องเจี๊ยว (negative chirp) เพื่อบีบอัดความกว้างของพัลส์หลังจากได้รับการขยายพลังงานที่เพียงพอ การพัฒนาเลเซอร์เฟมโตวินาทีมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ก่อนปี 1990เลเซอร์เฟมโตวินาทีได้รับพัลส์โดยใช้เทคโนโลยีการล็อกโหมดเลเซอร์ย้อมด้วยแบนด์วิดธ์เกนกว้าง อย่างไรก็ตาม การบำรุงรักษาและการจัดการสีย้อมเลเซอร์นั้นซับซ้อนมาก ซึ่งทำให้การใช้งานจำกัด ด้วยการปรับปรุงคุณภาพของผลึก Ti:Sapphire ผลึกที่สั้นกว่ายังสามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้ค่าเกนที่สูงเพียงพอเพื่อให้เกิดการสั่นของพัลส์สั้น ในปี 1991 สเปนซ์และคณะ พัฒนาเลเซอร์ Ti:Sapphire femtosecond ที่ล็อกโหมดตัวเองเป็นครั้งแรก การพัฒนาที่ประสบความสำเร็จของเลเซอร์ Ti:Sapphire femtosecond ที่มีความกว้างพัลส์ 60fs ได้ส่งเสริมการประยุกต์ใช้และการพัฒนาเลเซอร์เฟมโตวินาทีอย่างมาก ในปี 1994 การใช้เทคโนโลยีการขยายสัญญาณพัลส์แบบ chirped เพื่อให้ได้พัลส์เลเซอร์น้อยกว่า 10fs ซึ่งปัจจุบันได้รับความช่วยเหลือจากเทคโนโลยีล็อคโหมดตัวเองของเลนส์ Kerr เทคโนโลยีการขยายสัญญาณพัลส์แบบพัลส์แบบออปติคัลแบบพาราเมตริก เทคโนโลยีการขจัดโพรง เทคโนโลยีการขยายสัญญาณแบบมัลติพาส ฯลฯ สามารถทำเลเซอร์ได้ ความกว้างพัลส์ถูกบีบอัดให้น้อยกว่า 1fs เพื่อเข้าสู่โดเมน attosecond และกำลังสูงสุดของพัลส์เลเซอร์ก็เพิ่มขึ้นจากเทราวัตต์ (1TW=10^12W) เป็นเพตาวัตต์ (1PW=10^15W) ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเหล่านี้ในเทคโนโลยีเลเซอร์ได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางและในเชิงลึกในหลายสาขา
ในสาขาฟิสิกส์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มสูงพิเศษที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถสร้างนิวตรอนเชิงสัมพันธ์ได้ และยังสามารถจัดการกับอะตอมและโมเลกุลได้โดยตรงอีกด้วย บนอุปกรณ์เลเซอร์ฟิวชันนิวเคลียร์แบบตั้งโต๊ะ จะใช้พัลส์เลเซอร์แบบ femtosecond เพื่อฉายรังสีกลุ่มโมเลกุลดิวเทอเรียม-ไอโซโทป มันสามารถเริ่มต้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันและผลิตนิวตรอนจำนวนมาก เมื่อเลเซอร์เฟมโตวินาทีทำปฏิกิริยากับน้ำ อาจทำให้ไฮโดรเจนไอโซโทปดิวเทอเรียมเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งสร้างพลังงานจำนวนมหาศาล การใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อควบคุมนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถรับพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้ ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์จักรวาล พลาสมาความหนาแน่นพลังงานสูงที่เกิดจากพัลส์แสงความเข้มสูงพิเศษของเลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถสร้างปรากฏการณ์ภายในของทางช้างเผือกและดวงดาวบนพื้นดินได้ วิธีการแก้ปัญหาเวลาเฟมโตวินาทีสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลที่วางอยู่ในนาโนสเปซและสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ภายในของพวกมันได้อย่างชัดเจนในมาตราส่วนเวลาของเฟมโตวินาที
ในสาขาชีวการแพทย์ เนื่องจากเลเซอร์เฟมโตวินาทีมีกำลังสูงสุดและความหนาแน่นของพลังงานสูง ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นต่างๆ เช่น การทำให้เป็นไอออนแบบหลายโฟตอนและเอฟเฟกต์การโฟกัสตัวเองมักเกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยากับวัสดุต่างๆ ในเวลาเดียวกัน เวลาปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์ femtosecond กับเนื้อเยื่อชีวภาพนั้นไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเวลาคลายความร้อนของเนื้อเยื่อชีวภาพ (ตามลำดับ ns) สำหรับเนื้อเยื่อชีวภาพ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสองสามองศาจะกลายเป็นคลื่นกดทับที่เส้นประสาท เซลล์สร้างความเจ็บปวดและความเสียหายจากความร้อนให้กับเซลล์ ดังนั้นเลเซอร์ femtosecond จึงสามารถรักษาได้โดยไม่เจ็บปวดและปราศจากความร้อน เลเซอร์เฟมโตวินาทีมีข้อดีของพลังงานต่ำ ความเสียหายเล็กน้อย ความแม่นยำสูง และการวางตำแหน่งที่เข้มงวดในพื้นที่สามมิติ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการพิเศษของฟิลด์ชีวการแพทย์ในระดับสูงสุด เลเซอร์เฟมโตวินาทีใช้ในการรักษาฟันเพื่อให้ได้ช่องที่สะอาดและเป็นระเบียบโดยไม่มีความเสียหายที่ขอบ หลีกเลี่ยงอิทธิพลของความเครียดทางกลและความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากเลเซอร์พัลส์ยาว (เช่น Er:YAG) การกลายเป็นหินปูน รอยแตก และพื้นผิวที่ขรุขระ เมื่อเลเซอร์เฟมโตวินาทีถูกนำไปใช้กับการตัดเนื้อเยื่อชีวภาพอย่างละเอียด พลาสมาเรืองแสงระหว่างการทำงานร่วมกันของเลเซอร์เฟมโตวินาทีกับเนื้อเยื่อชีวภาพสามารถวิเคราะห์ได้ตามสเปกตรัม และเนื้อเยื่อกระดูกและเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนสามารถระบุได้ เพื่อกำหนดและควบคุมอะไร จำเป็นในการผ่าตัดรักษาด้วยพลังงานพัลส์ เทคนิคนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการผ่าตัดเส้นประสาทและกระดูกสันหลัง เลเซอร์ femtosecond ที่มีช่วงความยาวคลื่น 630-1053 นาโนเมตรสามารถตัดและตัดเนื้อเยื่อสมองของมนุษย์ได้อย่างปลอดภัย สะอาด และมีความแม่นยำสูง เลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีความยาวคลื่น 1060 นาโนเมตร ความกว้างพัลส์ 800fs ความถี่การทำซ้ำของพัลส์ที่ 2 กิโลเฮิรตซ์ และพลังงานพัลส์ 40Î¼J สามารถทำการตัดกระจกตาได้อย่างแม่นยำและมีความแม่นยำสูง เลเซอร์ Femtosecond มีลักษณะเฉพาะที่ไม่มีความเสียหายจากความร้อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากสำหรับการปรับหลอดเลือดหัวใจด้วยเลเซอร์และการผ่าตัดขยายหลอดเลือดด้วยเลเซอร์ ในปี 2545 ศูนย์เลเซอร์ฮันโนเวอร์ในเยอรมนีใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อดำเนินการผลิตโครงสร้างขดลวดหลอดเลือดบนวัสดุพอลิเมอร์ชนิดใหม่ให้เสร็จสมบูรณ์ เมื่อเทียบกับสเตนเลสสตีลรุ่นก่อน สเตนท์หลอดเลือดนี้มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี ความสามารถในการย่อยสลายมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาโรคหลอดเลือดหัวใจ ในการทดสอบทางคลินิกและการวิเคราะห์ทางชีวภาพ เทคโนโลยีเลเซอร์ femtosecond สามารถตัดเนื้อเยื่อชีวภาพของสิ่งมีชีวิตได้โดยอัตโนมัติในระดับจุลภาค และรับภาพสามมิติที่มีความละเอียดสูง เทคโนโลยีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยและรักษาโรคมะเร็งและการศึกษาการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมของสัตว์ 368
ในสาขาพันธุวิศวกรรม ในปี 2544 K.Konig แห่งเยอรมนีใช้ Ti:Sapphireเลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อดำเนินการในระดับนาโนบน DNA ของมนุษย์ (โครโมโซม) (ความกว้างในการตัดขั้นต่ำ 100 นาโนเมตร) ในปี 2545 U.irlapur และ Koing ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อสร้าง micropore แบบย้อนกลับได้ในเยื่อหุ้มเซลล์มะเร็ง จากนั้นจึงปล่อยให้ DNA เข้าไปในเซลล์ผ่านรูนี้ ต่อมา การเติบโตของเซลล์เองปิดรู ดังนั้นจึงประสบความสำเร็จในการถ่ายโอนยีน เทคนิคนี้มีข้อดีคือมีความน่าเชื่อถือสูงและให้ผลในการปลูกถ่ายที่ดีและมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปลูกถ่ายสารพันธุกรรมจากต่างประเทศไปยังเซลล์ต่างๆ รวมทั้งสเต็มเซลล์ ในสาขาวิศวกรรมเซลล์ เลเซอร์ femtosecond ถูกนำมาใช้เพื่อการผ่าตัดระดับนาโนในเซลล์ที่มีชีวิตโดยไม่ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ เทคนิคการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ femtosecond เหล่านี้มีความสำคัญในทางบวกสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับยีนบำบัด พลวัตของเซลล์ ขั้วของเซลล์ การดื้อยา และส่วนประกอบต่างๆ ของเซลล์และโครงสร้างต่างกันภายในเซลล์
ในด้านการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก เวลาตอบสนองของวัสดุอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์คือ "คอขวด" ที่จำกัดการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกความเร็วสูงในเชิงพาณิชย์ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการควบคุมที่เชื่อมโยงกันแบบ femtosecond ทำให้ความเร็วของสวิตช์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ถึง 10,000Gbit/s ซึ่งในที่สุดสามารถบรรลุขีดจำกัดทางทฤษฎีของกลศาสตร์ควอนตัม . นอกจากนี้ เทคโนโลยีการสร้างรูปคลื่นฟูริเยร์ของพัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาทียังถูกนำไปใช้กับการสื่อสารด้วยแสงที่มีความจุสูง เช่น มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งเวลา มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น และการเข้าถึงแบบหลายโค้ดสำหรับการแบ่งโค้ด และสามารถรับอัตราการส่งข้อมูลที่ 1Tbit/s ได้
ในด้านของการประมวลผลที่ละเอียดมาก เอฟเฟกต์การโฟกัสตัวเองที่แข็งแกร่งของเลเซอร์ femtosecondพัลส์ในตัวกลางโปร่งใสทำให้จุดโฟกัสเลเซอร์มีขนาดเล็กกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ทำให้เกิดการระเบิดขนาดเล็กภายในวัสดุโปร่งใสเพื่อสร้างพิกเซลสเตอริโอที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่าไมครอน ด้วยวิธีนี้ การจัดเก็บออปติคัลสามมิติที่มีความหนาแน่นสูงและความหนาแน่นของการจัดเก็บสามารถเข้าถึงได้ถึง 10^12 บิต/ซม.3 และสามารถอ่านข้อมูล เขียน และสุ่มเข้าถึงข้อมูลแบบคู่ขนานได้อย่างรวดเร็ว ครอสทอล์คระหว่างชั้นบิตข้อมูลที่อยู่ติดกันมีขนาดเล็กมาก และเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลสามมิติได้กลายเป็นทิศทางการวิจัยใหม่ในการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลในปัจจุบัน ท่อนำคลื่นแสง ตัวแยกลำแสง ข้อต่อ ฯลฯ เป็นส่วนประกอบทางแสงพื้นฐานของออปติกในตัว การใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีบนแพลตฟอร์มการประมวลผลที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ท่อนำคลื่นแบบออปติคัลแบบสองมิติและสามมิติของรูปทรงใดก็ได้ที่ตำแหน่งใดก็ได้ภายในวัสดุ , ตัวแยกลำแสง, คัปเปลอร์และอุปกรณ์โฟโตนิกอื่น ๆ และสามารถใช้ร่วมกับใยแก้วนำแสงมาตรฐานโดยใช้เลเซอร์ femtosecond สามารถสร้างกระจกขนาดเล็ก 45 °ภายในกระจกไวแสงและตอนนี้มีการผลิตวงจรออปติคัลที่ประกอบด้วยกระจกไมโคร 3 ภายใน ,สามารถทำให้ลำแสงหมุนได้ 270° ในพื้นที่ 4mmx5mm. ในทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาเพิ่งใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อสร้างท่อนำคลื่นแสงความยาว 1 ซม. ซึ่งสามารถสร้างอัตราขยายสัญญาณ 3dB/ซม. ใกล้ 1062 นาโนเมตร
ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์มีลักษณะการเลือกความถี่ที่มีประสิทธิภาพ ง่ายต่อการจับคู่กับระบบสื่อสารไฟเบอร์และมีการสูญเสียต่ำ ดังนั้นจึงแสดงลักษณะการส่งสัญญาณที่หลากหลายในโดเมนความถี่และกลายเป็นฮอตสปอตการวิจัยของอุปกรณ์ใยแก้วนำแสง ในปี 2000 Kawamora K และคณะ ใช้เลเซอร์อินเตอร์เฟอโรเมตรีอินฟราเรดแบบอินฟราเรด 2 ตัวเพื่อให้ได้ตะแกรงโฮโลแกรมบรรเทาพื้นผิวเป็นครั้งแรก ต่อมาด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตและเทคโนโลยีในปี พ.ศ. 2546 มิไฮบี้ S และคณะ ใช้พัลส์เลเซอร์ Ti:Sapphire femtosecond ร่วมกับแผ่นเฟสแบบไม่มีลำดับเพื่อให้ได้ตะแกรง Bragg สะท้อนแสงบนแกนกลางของเส้นใยสื่อสาร มีช่วงการปรับดัชนีการหักเหของแสงสูงและมีเสถียรภาพในอุณหภูมิที่ดี
ผลึกโฟโตนิกเป็นโครงสร้างไดอิเล็กทริกที่มีการมอดูเลตดัชนีการหักเหของแสงเป็นระยะในอวกาศ และระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงของผลึกนั้นมีขนาดเท่ากันกับความยาวคลื่นของแสง อุปกรณ์คริสตัลโฟโตนิกเป็นอุปกรณ์ใหม่ล่าสุดที่ควบคุมการแพร่กระจายของโฟตอน และได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในด้านโฟตอน ในปี 2544 Sun H B et al. ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อสร้างผลึกโฟโตนิกด้วยโครงตาข่ายตามอำเภอใจในแก้วซิลิกาเจือเจอร์เมเนียม ซึ่งสามารถเลือกอะตอมแต่ละตัวได้ ในปี 2546 Serbin J และคณะ ใช้เลเซอร์ femtosecond เพื่อกระตุ้นการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบสองโฟตอนของวัสดุไฮบริดอินทรีย์และอนินทรีย์เพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคสามมิติและผลึกโฟโตนิกที่มีขนาดโครงสร้างน้อยกว่า 200 นาโนเมตรและมีระยะเวลา 450 นาโนเมตร
เลเซอร์ Femtosecond ประสบความสำเร็จในด้านการประมวลผลอุปกรณ์ไมโครโฟโตนิก ดังนั้นตัวเชื่อมต่อทิศทาง ตัวกรองแบนด์พาส มัลติเพล็กเซอร์ สวิตช์ออปติคัล ตัวแปลงความยาวคลื่น และโมดูเลเตอร์สามารถประมวลผลบนลูปคลื่นแสงระนาบ "ชิพ" กับส่วนประกอบอื่นๆ ได้ วางรากฐานสำหรับอุปกรณ์โฟโตนิกส์เพื่อทดแทนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เทคโนโลยีโฟโตมาสก์และการพิมพ์หินเป็นเทคโนโลยีหลักในด้านไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณภาพและประสิทธิภาพการผลิตของผลิตภัณฑ์วงจรรวม สามารถใช้เลเซอร์ Femtosecond เพื่อซ่อมแซมจุดบกพร่องของโฟโตมาสก์ และความกว้างของเส้นที่ซ่อมแซมแล้วจะมีความแม่นยำน้อยกว่า 100 นาโนเมตร ดิเลเซอร์เฟมโตวินาทีเทคโนโลยีการเขียนโดยตรงสามารถใช้ในการผลิตโฟโตมาสก์คุณภาพสูงได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสำคัญมากสำหรับไมโคร การพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่ง

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง

ต่อไป:

หลักการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

ข่าว

สินค้าแนะนำ

YDFA ไฟเบอร์แอมพลิฟายเออร์เจือ Ytterbium 1064 นาโนเมตร

ตัวควบคุมโพลาไรซ์ไฟเบอร์แบบแมนนวล

850nm 10mW Superluminescent Diode sld ไดโอด

เลเซอร์ไดโอด DFB ขนาด 1653 นาโนเมตรสำหรับการตรวจจับ CH4

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์เฟมโตวินาที

ก่อนหน้า:

ต่อไป: