Реферат на тему Фемтосекундные импульсы (лазеры)

Содержание:

Введение 2
1 Фемтосекундные импульсы в науке и технике 3
2 Методика генерации фемтосекундных импульсов 8
3 Источники фемтосекундных лазерных импульсов 12
Заключение 17
Список использованных источников 18

Введение:

С 1990 года достигнут большой прогресс в генерации ультракоротких импульсов с использованием твердотельных лазеров на основе кристаллов титана-сапфира (Ti: Sp, длина волны излучения ~ 800 нм), кристаллов иттербия (Yb, длина волны излучения ~ 1040 нм) и волоконные лазеры, в том числе количество эрбиевых волоконных лазеров (Er, длина волны излучения ~ 1550 нм).
Генерация все более коротких световых импульсов, ограничение концентрации световой энергии во времени, а также использование ультракоротких лазерных импульсов для воздействия на вещество, изучение быстрых процессов в системах передачи информации — одно из основных направлений развитие современной физики и лазерных технологий.
Впервые фемтосекундные лазерные импульсы позволили в реальном времени наблюдать динамику быстро движущихся элементарных молекулярных процессов и получать мгновенные снимки молекул и групп атомов на различных стадиях химических реакций. Временного разрешения, обеспечиваемого фемтосекундными лазерными импульсами, достаточно для изучения любого, даже самого быстрого, процесса молекулярной динамики. Разработка эффективных источников ультракоротких световых импульсов связана с возможностью реализации максимальной скорости оптической обработки и передачи информации. В последние годы были проведены эксперименты, которые наглядно демонстрируют их: созданы бистабильные оптические устройства, которые можно переключать за 10-12 секунд, элементы волоконно-оптических линий связи, информация, с которой они передаются с использованием оптических солитонов, длительность которых достигает 10-13 секунд.

Заключение:

Развитие науки и техники требует повышения точности измерений времени и создания устройств, способных воздействовать на вещество и материалы с минимальными временными интервалами. Естественный временной интервал для человека — порядка одной секунды был превышен на основе механических систем с жалюзи. Последующие достижения в области электроники в 20-м веке позволили измерить наносекунды и субнаносекунды, соответствующие колебаниям с частотами, превышающими гигагерц. Появление и развитие лазерных технологий позволили получать импульсы оптического излучения длительностью порядка нескольких фемтосекунд.
Для сравнения, фемтосекунда относится ко второму члену семьи, а вторая относится к 32 миллионам лет. Тело, которое движется с максимально возможной скоростью в природе: скорость света проходит в фемтосекунде всего 300 нм.
Временное разрешение фемтосекунды позволяет отслеживать фундаментальные процессы микромира, например движение электронов между атомами, внутренние колебания молекул, образование химических связей в молекулах. Генерация этих коротких импульсов позволила пролить свет на физику многих биологических явлений, таких как цис-транс фотомеризация родопсина (фундаментальная реакция светочувствительного пигмента в сумеречном видении человека), возбужденных состояний ДНК и транспортных процессов. в фотохимических реакционных центрах это позволяло измерять скорость химических реакций.

Фрагмент текста работы:

1 ФЕМТОСЕКУНДНЫЕ ИМПУЛЬСЫ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
За последние 20 лет широкое использование фемтосекундных лазеров привело к значительному расширению спектра решаемых с их помощью задач. Кроме того, если на первом этапе после создания фемтосекундных лазеров они в основном использовались для фундаментальных физических исследований, в последнее время эти системы все чаще используются для решения широкого круга задач, применяемых в различных областях науки и техники, включенных в область высокоточных технологий обработки материалов и биомедицинских технологий.
Отличительной особенностью фемтосекундных лазерных импульсов (ФЛЧ) является концентрация световой энергии за чрезвычайно короткий промежуток времени. В настоящее время фемтосекундные лазеры надежно генерируют импульсы длительностью порядка 10 фс и даже меньше (1 фемтосекунда (фс) = 10-15 с). Временной пример красноречиво говорит о временной шкале таких процессов [5]:
10 фс / 1 мин = 1 мин / возраст вселенной.
Другой характеристикой ФЛИ, также связанной с короткой продолжительностью, является способность достигать колоссальных значений пиковой мощности в импульсе. Пиковая мощность лазерного импульса ~ 1014 Вт, генерируемого современной мульти-тераваттной лазерной системой (1 тераватт (TW) = 1012 Вт), в десятки раз превышает мощность всех источников энергии на планете. Кроме того, из-за небольшой продолжительности эти рекордные пиковые значения мощности достигаются при относительно небольшой энергии лазерного импульса (несколько джоулей), тогда как сами лазерные системы довольно компактны. Поэтому современная коммерческая фемтосекундная лазерная система мощностью 100 ТВт расположена в комнате площадью около 100 м2.
В настоящее время интенсивность записи, достигаемая излучением лазерного луча, составляет ~ 1021 ÷ 1022 Вт/см2. Когда вещество нагревается этими импульсами, достигаются температуры десятков и сотен миллионов градусов, которые соответствуют триггерным температурам ядерных реакций. Поэтому лазерно-управляемый термоядерный синтез (LUTS) в настоящее время считается одним из наиболее важных и перспективных применений сверхмощных петаваттных лазеров [8].
Другая особенность, чрезвычайно короткая длительность импульса, позволяет возбуждать состояния сильного дисбаланса и изучать процессы релаксации, которые быстро происходят в веществе, например, теплообмен между электронами проводимости и кристаллической решеткой в металлы, что происходит в пикосекундном диапазоне.