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如果想捕獲活細(xì)胞內(nèi)部的化學(xué)轉(zhuǎn)化，還是通過在厚度僅為100納米的層上打印路徑來徹底改變微芯片的生產(chǎn)，波蘭科學(xué)院的一組科學(xué)家創(chuàng)建的最新飛秒激光現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。如圖所示研究團(tuán)隊(duì)所制造的激光器可以通過與調(diào)諧收音機(jī)類似的方式進(jìn)行具有飛秒精度調(diào)諧。
有大量的激光光源，它們各有特點(diǎn)和不同的應(yīng)用，例如觀測恒星、治療疾病、和進(jìn)行表面微加工。研究人員說：“我們的目標(biāo)是開發(fā)新的技術(shù)。” “我們處理產(chǎn)生超短光脈沖的光源。實(shí)際上是非常非常短的飛秒脈沖（10^-15秒，即一千萬億分之一秒）。這是例如細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所需要的范圍要看到他們，我們必須在很短的時(shí)間內(nèi)“拍照”，而且借助新的激光，我們可以做到這一點(diǎn)。“
“我們還可以使用我們的光源來精確地從各種表面去除材料，而不會(huì)破壞它們。” “例如，我們可以使用這種方法清潔蒙娜麗莎畫像，而不會(huì)損壞漆層。我們只能去除約10納米厚的灰塵和污垢，”
研究人員表示說：“但是，對于這種工作，我們的激光甚至太精確了。” “為此，您只需要納秒級脈沖，即持續(xù)時(shí)間長一千倍的脈沖。但是，后者將無法例如在超薄材料中繪制精確計(jì)劃深度的路徑，例如去除噴在微芯片上的金。精確調(diào)整要去除的層的厚度，但是我們的激光可以做到這一點(diǎn)！它也可以在鋼化玻璃或超薄硅板上打孔。在這種情況下，納秒級激光會(huì)融化硅或“玻璃是因?yàn)樗a(chǎn)生過多的熱量。太多的能量集中在一個(gè)很小的區(qū)域。我們的玻璃工作平穩(wěn)而平穩(wěn)。”
如何取得這種效果？
研究人員解釋說：“我們希望信號源滿足兩個(gè)條件：它應(yīng)盡可能地不受機(jī)械干擾，并且必須是可移動(dòng)的。” “我們不想創(chuàng)建一個(gè)巨大的固定結(jié)構(gòu)。”
光纖激光器幫助了該團(tuán)隊(duì)。 “這種激光器基本上是一個(gè)封閉在一個(gè)環(huán)中的光纖。激光脈沖在其中運(yùn)行，而不會(huì)受到機(jī)械干擾。可以在不影響脈沖穩(wěn)定性的情況下觸摸，移動(dòng)，甚至搖動(dòng)光纖。當(dāng)然，如果光只像這樣繞一圈，那就沒用了，所以這種沖動(dòng)的一部分會(huì)以有用的閃光的形式在環(huán)路的某個(gè)地方指向。”
研究得出這類脈沖激光器的另一個(gè)重要參數(shù)：脈沖出現(xiàn)在輸出端的頻率。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，此頻率取決于脈沖在其中傳播的光纖環(huán)路的長度。它的實(shí)際長度是幾十米。如果我們希望閃光燈經(jīng)常出現(xiàn)怎么辦？這可以通過減小脈沖傳播通過的環(huán)的周長來實(shí)現(xiàn)。只是這種動(dòng)作有其局限性。 “在這個(gè)激光器中，最小的環(huán)路每60納秒發(fā)出一次脈沖，對于我們的期望而言，這仍然太慢了，”研究人員解釋說。如何加快這個(gè)頻率？團(tuán)隊(duì)的新發(fā)明在于一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許復(fù)制基本頻率，就像在吉他弦的基本頻率上創(chuàng)建諧波頻率一樣。
使用所謂的諧波模式鎖定，研究人員解釋說。 “我們設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于，我們能夠以一種可控的方式切換此重復(fù)頻率，并僅選擇一種可能的諧波，即我們所需要的特定諧波。我們可以通過旋轉(zhuǎn)旋鈕來增加脈沖的頻率。
所獲得的頻率穩(wěn)定并能夠精確區(qū)分非常重要。如果選擇一種諧波，那么所有其他諧波將被衰減。可以說正在產(chǎn)生純凈的聲音，并消除了所有背景噪音。頻率越高，定義越好。
該研究論文發(fā)表在《光波技術(shù)雜志》上。
參考：Mamyshev Oscillator With a Widely Tunable Repetition Rate, Journal of Lightwave Technology. DOI: 10.1109/JLT.2020.3031540
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