La espectroscopia láser ultrarrápida es una técnica espectroscópica que utiliza láseres de pulso ultracorto para el estudio de la dinámica en escalas de tiempo extremadamente cortas ( attosegundos a nanosegundos ). Se utilizan diferentes métodos para examinar la dinámica de los portadores de carga, átomos y moléculas. Se han desarrollado muchos procedimientos diferentes que abarcan diferentes escalas de tiempo y rangos de energía de fotones; algunos métodos comunes se enumeran a continuación.
La dinámica en la escala de tiempo de fs es en general demasiado rápida para ser medida electrónicamente. La mayoría de las mediciones se realizan empleando una secuencia de pulsos de luz ultracortos para iniciar un proceso y registrar su dinámica. El ancho de los pulsos de luz debe estar en la misma escala que la dinámica que se va a medir.
Los láseres Ti-zafiro son láseres sintonizables que emiten luz roja e infrarroja cercana (700 nm-1100 nm). Los osciladores láser de zafiro Ti utilizan cristales de zafiro dopado Ti como medio de ganancia y bloqueo de modo de lente Kerr para lograr pulsos de luz de subpicosegundos. Ti típico: los pulsos del oscilador de zafiro tienen energía nJ y tasas de repetición de 70-100 MHz. Amplificación de pulso con chirrido a través de amplificación regenerativa.se puede utilizar para alcanzar energías de pulso más altas. Para amplificar, los pulsos de láser del oscilador Ti: zafiro primero se deben estirar en el tiempo para evitar daños en la óptica y luego se inyectan en la cavidad de otro láser donde los pulsos se amplifican a una tasa de repetición más baja. Los pulsos de amplificación regenerativa se pueden amplificar aún más en un amplificador de múltiples pasadas. Después de la amplificación, los pulsos se recomprimen a anchos de pulso similares a los anchos de pulso originales.
Un láser de tinte es un láser de cuatro niveles que utiliza un tinte orgánico como medio de ganancia. Bombeados por un láser con una longitud de onda fija, debido a los diversos tipos de tintes que utiliza, diferentes láseres de tintes pueden emitir haces con diferentes longitudes de onda. Un diseño de láser de anillo se usa con mayor frecuencia en un sistema de láser de tinte. Además, los elementos de sintonización, como una rejilla de difracción o un prisma, suelen estar incorporados en la cavidad. Esto permite que solo la luz en un rango de frecuencia muy estrecho resuene en la cavidad y se emita como emisión láser. El amplio rango de sintonización, la alta potencia de salida y la operación pulsada o CW hacen que el láser de tinte sea particularmente útil en muchos estudios físicos y químicos.
Por lo general, un láser de fibra se genera primero a partir de un diodo láser . El diodo láser luego acopla la luz a una fibra donde estará confinada. Se pueden lograr diferentes longitudes de onda con el uso de fibra dopada. La luz de bombeo del diodo láser excitará un estado en la fibra dopada que luego puede caer en energía provocando la emisión de una longitud de onda específica. Esta longitud de onda puede ser diferente a la de la luz de la bomba y más útil para un experimento en particular.
Los pulsos ópticos ultrarrápidos se pueden utilizar para generar pulsos de rayos X de múltiples formas. Un pulso óptico puede excitar un pulso de electrones a través del efecto fotoeléctrico , y la aceleración a través de un alto potencial da energía cinética a los electrones. Cuando los electrones golpean un objetivo, generan tanto rayos X característicos como bremsstrahlung . Un segundo método es mediante plasma inducido por láser. Cuando la luz láser de muy alta intensidad incide sobre un objetivo, elimina los electrones del objetivo creando una nube de plasma con carga negativa . La fuerte fuerza de Coulomb debido al material ionizado en el centro de la nube acelera rápidamente los electrones de regreso a los núcleos.Dejado atrás. Tras la colisión con los núcleos, se emiten Bremsstrahlung y los rayos X de emisión característicos. Este método de generación de rayos X dispersa fotones en todas las direcciones, pero también genera pulsos de rayos X de picosegundos .