Применение лазера
Ультрабыстрая спектроскопия
Обычно, под термином ультрабыстрая спектроскопия подразумеваются эксперименты типа pump-probe (накачка-зондаж) с использованием пикосекундных и фемтосекундных лазерных импульсов для получения спектральной информации с временным разрешением. Традиционно, ультрабыстрая спектроскопия была ограничена исследованиями газовой фазы, когда молекулы могут рассматриваться как изолированные. По этой причине, в газах легче определить спектральные особенности и механизмы передачи энергии, чем в конденсированных средах. Эти эксперименты привели к колоссальному увеличению знаний о реакциях в газовой фазе, и возникновению квантового контроля над этими реакциями. После разработки надежных твердотельных ультрабыстрых лазеров свыше 10 лет назад, ультрабыстрая спектроскопия больше не ограничена газовой фазой. Возможность выбора длительности импульса, длины волны и возможность усиления выходного излучения титан-сапфира обеспечивает рост числа приложений, связанных с конденсированными средами.
Спектроскопия одиночных фотонов
Спектроскопия одиночных фотонов - это метод детектирования флуоресцентных времен жизни в временном диапазоне от пикосекунд до микросекунд. Этот метод также называют времякоррелированным счетом одиночных фотонов. Обычно при этом образец вещества возбуждается ультрабыстрым лазером с частотой повторения импульсов порядка 100 кГц. Спектральное распределение излучения обычно покрывает ИК, видимый и УФ диапазоны. Особенно важно исследование красителей, которые флуоресцируют в голубой, зеленой и красной частях спектра, хотя в последнее время становится популярным исследование флуоресценции в диапазоне свыше 700 нм. В качестве источника возбуждения часто используется титан-сапфировый лазер с синхронизацией мод и высокой частотой повторения импульсов. Информация о флуоресцентных временах жизни записывается обычно в виде логарифмической кривой, и для измерений с временным разрешением в области ближнего ИК, фемтосекундные и пикосекундные лазеры представляют собой отличный источник для возбуждения, даже несмотря на их высокую частоту повторения. Лазер Mira Optima 900 с накачкой твердотельным лазером Verdi может использоваться в подобных экспериментах как в пико-, так и в фемтосекундной версии. Для приложений требующих более низкой частоты, порядка 100 кГц вместо 76 МГц, фемтосекундный осциллятор Mira Optima 900-F может быть соединен с регенеративным усилителем RegA 9000-9050, что позволяет достичь энергий в импульсе в несколько микроджоулей при частоте повторения от 10 кГц до 300 кГц. В качестве альтернативы, выход из Mira Optima 900 может быть присоединен к акустооптическому модулятору Pulse Picker 9200, обеспечивающему выбор частот повторения от 9.5 кГц до 4.75 МГц. Спектральный диапазон перестройки системы Mira также может быть расширен путем использования генератора второй и третьей гармоник Harmonic Generator 9300.
Измерение расстояния до Луны
Во время полётов на Луну пилотируемыми и беспилотными аппаратами, на её поверхность было доставлено несколько специальных уголковых отражателей. С Земли при помощи телескопа посылали специально сфокусированный лазерный луч и измеряли время, которое он затрачивает на путь до лунной поверхности и обратно. Основываясь на значении скорости света (которое, кстати, специально для этих исследований пришлось отдельно измерять с большой точностью), стало возможным рассчитать расстояние до Луны. Сегодня параметры орбиты Луны известны с точностью до нескольких сантиметров.
Фотохимия
Некоторые типы лазеров могут производить сверхкороткие световые импульсы, измеряемые пико- и фемтосекундами (10-12 — 10-15 с). Такие импульсы можно применять для запуска и анализа химических реакций. Сверхкороткие импульсы могут использоваться для исследования химических реакций с высокой разрешающей способностью по времени, позволяя достоверно выделять короткоживущие соединения. Манипуляция поляризацией импульса позволяет селективно выбирать направление химической реакции из нескольких возможных (когерентный контроль). Такие методы находят своё применение в биохимии, где с их помощью исследуют образование и работу белков.
Лазерное намагничивание
Сверхкороткие лазерные импульсы используются для сверхбыстрого управления магнитным состоянием среды, что является в настоящее время предметом интенсивных исследований. Уже открыто множество оптико-магнитных явлений, таких, как сверхбыстрое размагничивание за 200 фемтосекунд (2*10-13 с), тепловое перемагничивание светом и нетепловое оптическое управление намагниченностью с помощью поляризации света.
Лазерное охлаждение
Первые опыты по лазерному охлаждению были проведены с ионами в ионных ловушках, ионы фиксировались в пространстве с помощью электрического поля и/или магнитного поля. Эти ионы освещались лазерным пучком, и благодаря неупругому взаимодействию с фотонами теряли энергию после каждого соударения. Этот эффект используется для достижения сверхнизких температур. В дальнейшем, в процессе совершенствования лазеров, нашли и другие методы, такие как антистоксово охлаждение твёрдых тел -- наиболее практичный метод лазерного охлаждения на сегодня. Этот метод основан на том, что возбуждается атом не с основного электронного состояния, а с колебательных уровней этого состояния (с чуть большей энергией чем энергия основного состояния) на колебательные уровни возбуждённого состояния (с энергией чуть меньше чем энергия этого возбуждённого состояния). Далее атом безизлучательным образом переходит на возбуждённый уровень (поглощая фононы) и испускает фотон при переходи с возбуждённого электронного уровня на основной (этот фотон обладает большей энергией чем фотон накачки). Атом поглощает фонон и цикл повторяется. Уже существуют системы, способные охлаждать кристалл от азотных до гелиевых температур. Этот метод охлаждения идеален для космических аппаратов, где нет возможности ставить традиционную систему охлаждения.
Голография
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18