Maman이 1960년에 레이저 펄스 출력을 처음 획득한 이후, 레이저 펄스 폭의 인간 압축 프로세스는 Q-스위칭 기술 단계, 모드 잠금 기술 단계 및 처프 펄스 증폭 기술 단계의 세 단계로 크게 나눌 수 있습니다. CPA(Chirped Pulse Amplification)는 펨토초 레이저 증폭 시 고체 레이저 재료에서 발생하는 자기초점 효과를 극복하기 위해 개발된 신기술입니다. 먼저 모드 잠금 레이저에 의해 생성된 초단 펄스를 제공합니다. "포지티브 처프", 증폭을 위해 펄스 폭을 피코초 또는 나노초로 확장한 다음 처프 보상(네거티브 처프) 방법을 사용하여 충분한 에너지 증폭을 얻은 후 펄스 폭을 압축합니다. 펨토초 레이저의 개발은 매우 중요합니다. 1990년 이전,펨토초 레이저넓은 이득 대역폭을 가진 염료 레이저 모드 잠금 기술을 사용하여 펄스를 얻었습니다. 그러나 염료 레이저의 유지 관리는 매우 복잡하여 적용에 제한이 있습니다. Ti:Sapphire 결정의 품질이 향상됨에 따라 더 짧은 결정을 사용하여 짧은 펄스 발진을 달성하기에 충분히 높은 이득을 얻을 수도 있습니다. 1991년 Spence et al. 자체 모드 잠금 Ti:Sapphire 펨토초 레이저를 최초로 개발했습니다. 60fs 펄스 폭 Ti:Sapphire 펨토초 레이저의 성공적인 개발은 펨토초 레이저의 응용 및 개발을 크게 촉진했습니다. 1994년에는 현재 Kerr 렌즈 자체 모드 잠금 기술, 광학 매개변수 처프 펄스 증폭 기술, 공동 비우기 기술, 다중 패스 증폭 기술 등의 도움으로 10fs 미만의 레이저 펄스를 얻기 위해 처프 펄스 증폭 기술을 사용했습니다. 레이저를 만들 수 있습니다 펄스 폭은 아토초 영역에 들어가기 위해 1fs 미만으로 압축되며 레이저 펄스의 피크 전력도 테라와트(1TW=10^12W)에서 페타와트(1PW=10^15W)로 증가합니다. 레이저 기술의 이러한 주요 혁신은 많은 분야에서 광범위하고 심층적인 변화를 촉발했습니다. 물리학 분야에서 펨토초 레이저에 의해 생성된 초고강도 전자기장은 상대론적 중성자를 생성할 수 있으며 원자와 분자를 직접 조작할 수도 있습니다. 데스크톱 핵융합 레이저 장치에서 펨토초 레이저 펄스는 중수소-삼중수소 분자 클러스터를 조사하는 데 사용됩니다. 그것은 핵융합 반응을 시작하고 많은 수의 중성자를 생성할 수 있습니다. 펨토초 레이저가 물과 상호 작용하면 수소 동위원소 중수소가 핵융합 반응을 일으켜 엄청난 양의 에너지를 생성할 수 있습니다. 핵융합을 제어하기 위해 펨토초 레이저를 사용하면 제어 가능한 핵융합 에너지를 얻을 수 있습니다. 우주 물리학 연구실에서는 펨토초 레이저의 초고강도 광 펄스에 의해 생성되는 고에너지 밀도 플라즈마가 지상의 우리 은하와 별의 내부 현상을 재현할 수 있습니다. 펨토초 시간 분해 방법은 나노 공간에 배치된 분자의 변화와 내부 전자 상태를 펨토초의 시간 척도에서 명확하게 관찰할 수 있습니다. 의약 분야에서는 펨토초 레이저의 높은 피크 출력과 출력 밀도로 인해 다양한 재료와 상호 작용할 때 다광자 이온화 및 셀프 포커싱 효과와 같은 다양한 비선형 효과가 자주 발생합니다. 동시에 펨토초 레이저와 생물학적 조직 간의 상호 작용 시간은 생물학적 조직의 열 이완 시간(ns 정도)에 비해 미미합니다. 생물학적 조직의 경우 몇 도의 온도 상승이 신경에 압력파가 됩니다. 세포는 세포에 통증과 열 손상을 일으키므로 펨토초 레이저는 통증이 없고 열이 없는 치료가 가능합니다. 펨토초 레이저는 3차원 공간에서 낮은 에너지, 작은 손상, 높은 정확도 및 엄격한 위치 지정의 장점을 가지고 있어 생물 의학 분야의 특별한 요구를 최대한 충족할 수 있습니다. 펨토초 레이저는 긴 펄스 레이저(예: Er:YAG), 석회화, 균열 및 거친 표면으로 인한 기계적 응력 및 열 응력의 영향을 피하면서 가장자리 손상 없이 깨끗하고 깔끔한 채널을 얻기 위해 치아를 치료하는 데 사용됩니다. 펨토초 레이저를 생물학적 조직의 미세 절단에 적용하면 펨토초 레이저가 생물학적 조직과 상호작용하는 동안의 플라즈마 발광을 스펙트럼으로 분석할 수 있고, 뼈 조직과 연골 조직을 식별하여 무엇을 결정하고 제어할 수 있는지 펄스 에너지는 수술 치료 과정에서 필요합니다. 이 기술은 신경 및 척추 수술에 매우 중요합니다. 630-1053nm의 파장 범위를 갖는 펨토초 레이저는 인간의 뇌 조직을 안전하고 깨끗하며 고정밀 비열적 외과적 절단 및 절제를 수행할 수 있습니다. 파장 1060nm, 펄스 폭 800fs, 펄스 반복 주파수 2kHz, 펄스 에너지 40μJ의 펨토초 레이저는 깨끗하고 정밀한 각막 절단 작업을 수행할 수 있습니다. 펨토초 레이저는 열 손상이 없는 특성을 가지고 있어 레이저 심근 재생 및 레이저 혈관 성형술에 매우 중요합니다. 2002년 독일 하노버 레이저 센터는 펨토초 레이저를 사용하여 새로운 고분자 재료에 혈관 스텐트 구조의 획기적인 생산을 완료했습니다. 기존의 스테인리스 스틸 스텐트에 비해 이 혈관 스텐트는 생체적합성과 생물학적 적합성이 우수하다. 분해성은 관상 동맥 심장 질환의 치료에 매우 중요합니다. 임상 테스트 및 생물 분석에서 펨토초 레이저 기술은 유기체의 생물학적 조직을 현미경 수준에서 자동으로 절단하고 고화질 3차원 이미지를 얻을 수 있습니다. 이 기술은 암의 진단과 치료, 그리고 동물의 368 유전자 돌연변이 연구에 큰 의미가 있습니다. 유전 공학 분야에서. 2001년 독일 K.Konig사가 Ti:Sapphire를 사용펨토초 레이저인간 DNA(염색체)(최소 절단 폭 100nm)에 대한 나노 규모 작업을 수행합니다. 2002년 U.irlapur와 Koing은펨토초 레이저암 세포막에 가역적인 미세 기공을 만든 다음 이 구멍을 통해 DNA가 세포로 들어갈 수 있도록 했습니다. 나중에 세포 자체의 성장으로 구멍이 닫혀 유전자 전달에 성공했습니다. 이 기술은 높은 신뢰도와 이식 효과가 좋은 장점이 있으며, 외래 유전물질을 줄기세포를 비롯한 다양한 세포에 이식하는데 큰 의의가 있습니다. 세포 공학 분야에서 펨토초 레이저는 세포막을 손상시키지 않고 살아있는 세포에서 나노 수술을 수행하는 데 사용됩니다. 이러한 펨토초 레이저 작동 기술은 유전자 치료, 세포 역학, 세포 극성, 약물 내성 및 세포의 다양한 구성 요소와 세포 내 이질 구조의 연구에 긍정적인 의미가 있습니다. 광섬유 통신 분야에서 반도체 광전자 소자 재료의 응답 시간은 초고속 광섬유 통신을 제한하는 "병목 현상"입니다. 펨토초 코히어런트 제어 기술을 적용하면 반도체 광 스위치의 속도가 10000Gbit/s에 도달하여 마침내 양자 역학의 이론적 한계에 도달할 수 있습니다. . 또한, 펨토초 레이저 펄스의 푸리에 파형 정형 기술은 시분할 다중화, 파장 분할 다중화, 코드 분할 다중 접속과 같은 대용량 광통신에 적용되어 1Tbit/s의 데이터 전송률을 얻을 수 있다. 초미세 가공 분야에서 강력한 자기초점 효과펨토초 레이저투명 매체의 펄스는 레이저 초점을 회절 한계보다 작게 만들어 투명 재료 내부의 미세 폭발을 일으켜 서브 마이크론 직경의 스테레오 픽셀을 형성합니다. 이 방법을 사용하면 고밀도 3차원 광 저장을 수행할 수 있으며 저장 밀도는 10^12bits/cm3에 도달할 수 있습니다. 그리고 빠른 데이터 읽기, 쓰기 및 병렬 데이터 랜덤 액세스를 실현할 수 있습니다. 인접한 데이터 비트 레이어 간의 누화는 매우 작으며 3차원 저장 기술은 현재 대용량 저장 기술 개발의 새로운 연구 방향이 되었습니다. 광 도파관, 빔 스플리터, 커플러 등은 통합 광학의 기본 광학 구성 요소입니다. 컴퓨터 제어 처리 플랫폼에서 펨토초 레이저를 사용하여 재료 내부의 모든 위치에서 모든 모양의 2차원 및 3차원 광 도파관을 만들 수 있습니다. , 빔 스플리터, 커플러 및 기타 광자 장치는 표준 광섬유와 결합할 수 있으며 펨토초 레이저를 사용하여 감광성 유리 내부에 45° 마이크로 미러를 만들 수도 있으며 이제 3개의 내부 마이크로 미러로 구성된 광 회로가 생산되었습니다. , 빔이 4mmx5mm 영역에서 270° 회전하도록 할 수 있습니다. 보다 과학적으로, 미국의 과학자들은 최근 펨토초 레이저를 사용하여 1062nm 근처에서 3dB/cm의 신호 이득을 생성할 수 있는 1cm 길이의 이득 광 도파관을 생성했습니다. Fiber Bragg 격자는 효과적인 주파수 선택 특성을 가지며 광섬유 통신 시스템과 결합하기 쉽고 손실이 적습니다. 따라서 주파수 영역에서 풍부한 전송 특성을 나타내며 광섬유 장치의 연구 핫스팟이되었습니다. 2000년 Kawamora K et al. 처음으로 표면 릴리프 홀로그램 격자를 얻기 위해 두 개의 적외선 펨토초 레이저 간섭계를 사용했습니다. 나중에, 2003년 Mihaiby에서 생산 기술 및 기술의 발달과 함께. S et al. 통신 섬유의 코어에서 반사 브래그 격자를 얻기 위해 0차 위상판과 결합된 Ti:Sapphire 펨토초 레이저 펄스를 사용했습니다. 그것은 높은 굴절률 변조 범위와 좋은 온도 안정성을 가지고 있습니다. 광결정은 공간에서 주기적인 굴절률 변조를 갖는 유전구조이며, 그 변화주기는 빛의 파장과 같은 크기이다. 광자 결정 소자는 광자의 전파를 제어하는 새로운 소자로 광자 분야의 연구 핫스팟이 되었습니다. 2001년 Sun H B et al. 펨토초 레이저를 사용하여 개별 원자를 개별적으로 선택할 수 있는 게르마늄 도핑된 실리카 유리에 임의의 격자를 가진 광자 결정을 제작했습니다. 2003년 Serbin J et al. 펨토초 레이저를 사용하여 무기-유기 하이브리드 재료의 2광자 중합을 유도하여 구조 크기가 200nm 미만이고 주기가 450nm인 3차원 미세 구조 및 광자 결정을 얻습니다. 펨토초 레이저는 방향성 커넥터, 대역 통과 필터, 멀티플렉서, 광 스위치, 파장 변환기 및 변조기를 "칩"에서 처리할 수 있도록 미세 광자 장치 처리 분야에서 획기적인 결과를 달성했으며 다른 구성 요소와 함께 평면 광파 루프가 가능합니다. 전자소자를 대체할 광소자 기반 마련 포토마스크 및 리소그래피 기술은 마이크로일렉트로닉스 분야의 핵심 기술로 집적회로 제품의 품질 및 생산 효율과 직결됩니다. 펨토초 레이저는 포토마스크의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있으며 수리된 선 너비는 100nm 미만의 정확도에 도달할 수 있습니다. 그만큼펨토초 레이저직접 쓰기 기술을 사용하여 고품질 포토마스크를 빠르고 효과적으로 제조할 수 있습니다. 이러한 결과는 전자 기술의 마이크로 발전이 매우 중요하다는 점에서 매우 중요합니다.
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