[分享]超快光纖激光器應(yīng)用于特殊材料的研究 [復(fù)制鏈接]

通過(guò)新的應(yīng)用與傳統(tǒng)激光器市場(chǎng)的占有率對(duì)比，光纖激光器的市場(chǎng)進(jìn)一步提升是有可能的。研究人員也正在使超快光纖激光技術(shù)應(yīng)用在多用戶應(yīng)用上，如斯坦福SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室(National Accelerator Laboratory in Stanford)和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）(Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley)，他們都在加利福尼亞州。同步加速器和自由電子激光器（FELs）的發(fā)展，給研究者提供了通往更亮、更短的X 射線源。多年來(lái)，斯坦福同步輻射光源（SSRL）提供X 射線脈沖，研究材料的分子和晶體結(jié)構(gòu)。最近，一個(gè)“低-α 模式”的研發(fā)，X 射線脈沖可達(dá)到1 ps。 }s<;YC  
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　　同時(shí)，在斯坦福直線加速器中心（SLAC）的直線加速器相干光源(LCLS)提供亞百飛秒脈沖，在波長(zhǎng)短至0.15nm 時(shí)大約1012 個(gè)X 射線光子。這些超快穩(wěn)固的X 射線脈沖，同時(shí)具有高的空間和時(shí)間的連貫性，使新的科學(xué)領(lǐng)域的研究從3-D 成像和重要的生物分子動(dòng)力學(xué)研究到表征物質(zhì)的瞬時(shí)狀態(tài)研究。 `H$XO{w  
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　　在同步加速器和自由電子激光器（FELs）里，能量是通過(guò)電子束在一變化的磁場(chǎng)中傳遞得到的。電子行進(jìn)路線受變換極性的磁體陣列影響，來(lái)回彎曲，導(dǎo)致以光的形式釋放能量。就同步加速器而言，激光是空間不連續(xù)的，典型脈沖是100fs，但是自由電子激光器（FELs）發(fā)射出強(qiáng)烈的空間相干光光束，脈寬短至幾十飛秒。為了工作在穩(wěn)定的X 射線波長(zhǎng)，電子束必須緊束，以便他們與釋放出來(lái)的光相互相干（有效地實(shí)現(xiàn)受激輻射）。 md'wre3  
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　　因?yàn)樽杂呻娮蛹す馄鱂EL 沒(méi)有諧振腔并且是一個(gè)單通的設(shè)備，需要一束非常明亮的激光束來(lái)達(dá)到增益飽和狀態(tài)。有時(shí)這是通過(guò)使用傳統(tǒng)的超快激光源（如的Nd：YLF 或摻鈦藍(lán)寶石），激發(fā)在加速的射頻區(qū)域中的光電陰極，充當(dāng)電子注射器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)超快激光鎖定到主時(shí)鐘得到同步信號(hào)。主時(shí)鐘正在控制直線性加速器。 3Q=\W<Wu  
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　　另外，世界各地的一些同步加速器，使用傳統(tǒng)的超快光源，時(shí)間分辨束線（time-resolved beamlines）已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)泵浦探測(cè)-研究。然而，對(duì)于這每一個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)重大的缺陷是：傳統(tǒng)的固態(tài)超快放大器通常消耗巨大的光學(xué)平臺(tái)，并需要日常維護(hù)保證它最佳的性能。 ,;w~ VZ4  

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　　斯坦福大學(xué)教授亞倫林登貝格（Aaron Lindenberg）在斯坦福同步輻射實(shí)驗(yàn)室使用Calmar公司Cazadero 系列的一鍵式超快光纖激光器克服了這個(gè)問(wèn)題。設(shè)計(jì)應(yīng)用在OEM 醫(yī)療和微電子加工，激光器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，設(shè)置簡(jiǎn)單，方便安裝，便于調(diào)整光束。此外，它的高脈沖能量（高達(dá)20uJ <500fs）和高重頻發(fā)揮了斯坦福同步輻射實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)良好的信噪比（time-resolved）的時(shí)間分辨的研究。 (ub(0 h0j  

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　　在林登貝格的初步實(shí)驗(yàn)中，工作頻率在1.28MHz 的超快光纖激光器，已經(jīng)成功被鎖相到同步加速器476MHz 射頻信號(hào)上（如圖1），定時(shí)抖動(dòng)時(shí)間小于1ps，而且直接被用于測(cè)量X射線脈寬。圖2 顯示在脈沖X 射線模式下同步脈沖的直接測(cè)量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)是由激光器鎖相的1030nm 輸出光通過(guò)自相關(guān)產(chǎn)生的500nm 可見(jiàn)光進(jìn)入硼酸鋇晶體，檢測(cè)的混頻信號(hào)在340nm。記錄的最短的脈沖寬度~3ps。 K)J_q3qo  
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　　光學(xué)的同步性和X 射線脈沖保證一項(xiàng)特殊的泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn)。光纖激光系統(tǒng)輸出的高能量脈沖泵浦或者激發(fā)，誘導(dǎo)出一種物理或光化學(xué)轉(zhuǎn)化。這樣的變化接著在原子量級(jí)被同步加速器的X 射線脈沖探測(cè)到。通過(guò)不同脈沖探測(cè)的到達(dá)時(shí)間，這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程可以作為發(fā)生在原子量級(jí)結(jié)構(gòu)變化X 射線影像。該方法正被用于對(duì)納米系統(tǒng)激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)獲得一個(gè)更好的理解中，也是從他們相應(yīng)的散裝結(jié)構(gòu)中區(qū)分出來(lái)的方法。 Ul]7IUzsu  

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　　在最近的研究中，林登貝格研究小組使用這個(gè)激光光源于納米晶體硒化銀系統(tǒng)，成功通過(guò)X 射線捕獲到發(fā)生在在超快時(shí)間內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化。雖然這些初步的研究是非常令人鼓舞，為了進(jìn)一步提高信噪比的水平，提高探測(cè)器和樣品輸送系統(tǒng)現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)當(dāng)中。未來(lái)的研究將有望深入到發(fā)展獨(dú)特的催化劑和更高效的光伏材料。