OPTOELEKTRONIKAOPTOELEKTRONIKAII II Podstawy fizyki laserPodstawy fizyki laseróów w

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 2

Prawdopodobieństwo:

- emisji spontanicznej

- emisji wymuszonej

- absorpcji

gdzie - gęstość energii fotonów

1. ABSORPCJA i EMISJA ŚWIATŁA

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 3

W równowadze termodynamicznej

to

W temperaturze pokojowej

W T = 3000 K (żarówka)

Prawdopodobieństwa emisji wymuszonej i spontaniczne są równe w

!!!

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 4

Dla lasera He - Ne

Zakładamy: moc wyjściowa 1 mW, 632.8 nm, FWHM 1.5x108 Hz promień wiązki 5x10-4 m, zwierciadło wyjściowe 99 %zatem moc we wnęce 199 mW

czyli

Gęstość energii

,

Zatem

Odpowiada to temperaturze

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 5

Relacje Einsteina

Zmiana obsadzenia w czasie

Zaniedbujemy emisję spontanicznąi z relacji Einsteina

lub

Jest to podstawowe równanie teorii laserów

gdzie: przekrój czynny na emisję wymuszoną

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 6

Tylko jeśli

ośrodek czynny wzmacnia światło

INWERSJA OBSADZEŃ

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 7

Szerokość linii emisji i absorpcji

Przyczyny:1. skończony czas życia stanu wzbudzonego,2. efekt Dopplera,3. zderzenia (ciśnienie i temperatura),4. oddziaływanie z siecią,5. poszerzenie izotopowe,6. różne oddziaływanie z otoczeniem np. w szkłach,

z siecią

Poszerzenie:- jednorodne - niejednorodne

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 8

Funkcje kształtu linii

Wielkość

jest względnym prawdopodobieństwem absorpcji lubemisji światła

Prawdopodobieństwo absorpcji

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 9

Dwa przypadki

Pasmo białe Światło laserowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 10

1. Poszerzenie jednorodne

Poszerzenie naturalne – konsekwencja zasady nieoznaczoności

Ponieważ

to

Szerokość linii przy przejściu między stanami o różnym czasie życia

Wpływ przejść bezpromienistych i wygaszania

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 11

Funkcja kształtu linii przy poszerzeniu jednorodnym

Maksimum

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 12

2. Poszerzenie niejednorodneFunkcja kształtu linii

Szerokość połówkowa (FWHM) linii

Maksimum

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 13

Dla celów obliczeniowych – stała wartość w obszarze emisji i absorpcji

Wtedy przekrój czynny na emisję

Normalizacja

Profil Voita

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 14

Schematy pompowania1. Dwupoziomowy

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 15

a) Rozwiązanie stacjonarne

gdzie

b) Rozwiązanie niestacjonarne

-

- i silne wzbudzenie

- i słabym wzbudzeniu

Uwaga : Obsadzenie zależy od gęstości promieniowania w ośrodku

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 16

2. Schemat trójpoziomowy

zatem

3. Schemat czteropoziomowy

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 17

a). Rozwiązania stacjonarne

Inwersja obsadzeń

Przy małych strumieniachjeśli

lub

Pompowanie progowe

Wyrażenia na obsadzenia poziomów skomplikowane!

3 Poziomy 4 Poziomy

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 18

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 19

Zastosowania wzmacniaczy światła

- w laserach, jako element czynny,

- w systemach laserowych wielkich mocy,

- w telekomunikacji - w torach światłowodowych,

- w fotonice do kontroli parametrów impulsów świetlnych.

2. WZMOCNIENIE I WZMACNIACZE

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 20

Parametry ważniejszych ośrodków czynnychI – poszerzenie nejednorodne, H - jednorodne

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 21

Obsadzenie górnego stanu

Ponieważ

to

Współczynnik wzmocnienia

Natężenie światła po przejściu wzmacniacza o długości L

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 22

Dla przypadku stacjonarnego

Inwersjaobsadzeń lub

Natężenie nasycenia

Całkowite wzmocnienie

Wzmocnienie małego sygnału dB

Wzmocnienie - linii jednorodnie poszerzonych

- linii niejednorodnie poszerzonych

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 23

Dwa skrajne przypadki

eksponencjalny wzrost natężenia, słabe wykorzystanie energii wzbudzenia

1.

2.

liniowy wzrost natężenia, całkowite wykorzystanie wnergii wzbudzeniawzmacniacza

Wzmocnienie linii jednorodnie poszerzonych

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 24

Szerokość linii

Dla linii Lorentza

Dla określonej częstotliwości

Z definicji

stąd

zatem Szerokość pasmamaleje ze wzrostem wzmocnienia

Z drugiej strony, przy nasyceniu

Szerokość pasmarośnie ze wzrostem sygnału

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 25

Wzmocnienie a natężenie sygnału

Niechjeśli , to,

Rozwiązanie

Przypadki:

1.

,2.

3. . Dla dużych L

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 26

Stabilizacja natężenia

Niech to

wzmocnienie

transmisja bez zmian natężenia

osłabienie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 27

Wzmocnienie linii niejednorodnie poszerzonychSpektralne wypalanie dziur

Dziury o szerokości

Niejednorodne Jednorodne

Częstotliwości dziur

Dziura Lamba

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 28

Wzmacnianie impulsów (model Frantza – Nodvika)

Założenia:- zaniedbamy wszystkie procesy spontaniczne,- ośrodek czynny jest napompowany.

Równania kinetycznena obsadzenia

Równanie transportu

Układ opisują:

lub

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 29

a po zamianie zmiennych

Po podstawieniu

czyli

Całkując

lub

Rozwiązanie

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 30

Ogólne rozwiązanie

Jeśli N1,2 (z) = const., to

gdzie fluencja (energia impulsu wchodzącego do wzmacniaczana jednostkę powierzchni)

energia nasycenia

Inwersja obsadzeń

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 31

Impuls sin2(x)

Impuls prostokątny

Ewolucja kształtu impulsu

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 32

Szum wzmacniaczy

Pomiar współczynnika wzmocnienia

Kształt impulsu a dyspersja

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 33

Rozszerzacz (stretcher) Kompresor

Formowanie w czasie impulsu

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 34

Wzmacniacze regeneratywne

Zależność fluencji wyjściowejod liczby przejść

a)

b)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 35

Rezonatory stabilne i astabilneDobroć rezonatora

Czas życia fotonów we wnęce

3. REZONATORY OPTYCZNE

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 36

Rezonator Fabry-Perota

gdziewspółczynnikfinezji

Szerokośćpołówkowa

Finezja Dla różnychzwierciadeł

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 37

Rezonatory ze zwierciadłami:- płaskorównoległymi- sferycznymi

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 38

Stabilność

Macierz ABCD dla rezonatora sferycznego

Po N przejściach (twierdzenie Sylvestra)

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 39

Odległość promienia od osi po N – przejściach

Jeśli jest rzeczywiste, to promień oscyluje w pobliżu osi

jest rzeczywiste jeśli

Czyli

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 40

gdzie

Rezonatory ze zwierciadłami sferycznymi są stabilne, jeśli

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 41

Gałąź dodatnia

Gałąź ujemna

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 42

Mody poprzeczne

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 43

Mody podłużne

Warunek rezonansu rezonatora liniowego

Różnica częstotliwościmiędzy sąsiednimi modami Liczba modów

Rezonator pierścieniowy

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 44

Zakładamy:1. Fala rozchodzi się w dielektryku bez strat.2. Nie ma prądów.3. Fala jest monochromatyczna.4. Polaryzacja fali jest stała i określona.

Przybliżenie wolnozmiennej obwiedni (amplitudy)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 45

Założenie: dla jest spełniona relacja

Ponieważ

to

Rozwiązanie

Ale również

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 46

Wiązka paraboliczna

Załóżmy, że

Niech

Fala kulista

czyli

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 47

Wiązka gaussowskaNiech

Z równania Helmholtza

Rozwiązaniem jest funkcja

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 48

Promień wiązkiPromień krzywizny frontu falowego Faza

Rozbieżność

w przybliżeniu

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 49

Inaczej

gdzie

- parametr Kogelnika

, , ,

czyli

,

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 50

- w płaszczyźnie z = z01. promień wiązki jest raza większy niż w przewężeniu,2. natężenie wiązki w osi jest 2 razy mniejsze,3. faza wiązki na osi jest opóźniona o /4 w stosunku do

fali płaskiej 4. promień krzywizny frontu falowego jest najmniejszy

R = 2 z0 .

5. obszar zawarty między –z0 a z0 nazywa się głębokościąogniska

Właściwości wiązki gaussowskiej

- w przewężeniu wiązka jest falą płaską

- daleko od przewężenia fala jest sferyczna: R(z) = z

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 51

Wiązki gaussowskie w rezonatorach

Pole w wiązce

Promień krzywizny frontu falowego

Przewężenie w

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 52

Krzywizna frontów w punktach z1 i z2

Przewężenie

Średnica wiązki na zwierciadłach

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 53

Ponieważ faza

a warunek rezonansu

przy

Stąd częstotliwość rezonansowa

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 54

Rezonator niesymetryczny Rezonator trójzwierciadłowy

Rezonator pierścieniowy

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 55

Prawo ABCD Kogelnika

Transformacja wiązki gaussowskiej

Dla soczewki

Znając parametr Kogelnikamożna wyznaczyć w0’ i d2

W przybliżeniu

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 56

Wiązki wyższych rzędów

- Wiązki Hermita-Gaussa (współrzędne kartezjańskie)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 57

Wiązki Lagerra-Gaussa

We współrzędnych cylindrycznych właściwych dla symetrii cylindrycznej(światłowody, rezonatory sferyczne, rury i pręty laserowe w kształcie cylindrów)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 58

Wiązki Bessela

Realizacja jednowymiarowa:1. dwa punkty świecące

w płaszczyźnie ogniskowej soczewki,2. dwie równoległe wiązki

przecinają się pod kątem

Wypadkowe pole za soczewką

gdzie

Powstają fale stojące o maksimach w

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 59

B

Właściwości wiązek Bessela

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 60

Porównanie wiązek Gaussa i BesselaWiązki Bessela

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 61

Zastosowania wiązek Bessela

1. Precyzyjne pomiary optyczne2. Transport energii3. Optyka nieliniowa

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 62

Rezonatory selektywne

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 63

Rezonatory falowodowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 64

Mody galerii szeptów

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 65

Rezonatory laserów półprzewodnikowych

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 66

Sekwencja wydarzeńw układzie lasera

1. Emisja spontaniczna2. Inwersja obsadzeń3. Wzmocniona emisja spontaniczna

4. Zwierciadło kieruje do wzmacniaczapromienie przyosiowe (kolimacja)

5. Zmiana fazy fali na zwierciadle (węzeł)

6. Zwierciadło wyjściowe zawraca częśćpromieniowania do wzmacniacza(dalsza kolimacja)

7. Zmiana faza fali na zwierciadlefala stojąca, mody

8. Przekroczenie progu – AKCJA LASEROWA

4. AKCJA LASEROWA

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 67

Próg akcji laserowej

Warunek progowy

Czas życia fotonów - we wnęce pasywnej

- we wnęce aktywnej

Wzmocnienie progowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 68

Ponieważ

Inwersja progowa

Warunek Schawlowa - Townesa

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 69

Model hydrauliczny

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 70

Równania kinetyczne

Do równań kinetycznych dodaćrównanie na gęstość fotonów we wnęce

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 71

W przybliżeniu stacjonarnym

z (1)

(1)

(2)

Podstawiając do (2)

gdzie

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 72

Rozwiązanie (dodatnie)

Przypadkizatem

Jeśli:V = 10cm3, c = 3*1010cm/s

= 10-20cm2

= 10-9s = 5.77*109

to

to

i

czyli

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 73

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 74

Szerokość linii

Mieliśmy

oraz

zatem:dla rezonatora pasywnego

dla rezonatora aktywnego

Im większe wzmocnienie tym dłuższy efektywny czas życia fotonów we wnęce

W schemacie czteropoziomowym

Zatem

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 75

Optymalizacja pracy lasera

Zapiszmy

gdzie

Ponieważ

To maksymalna moc

dla

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 76

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 77

Lasery liniowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 78

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 79

Lasery pierścieniowe

W większości przypadków (również dla liniowych)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 80

Stabilizacja pracy laserów

1. Stabilizacja częstotliwości

Wzorce atomowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 81

2. Stabilizacja natężenia

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 82

DYNAMIKA LASERÓW1. Oscylacje relaksacyjne

Załóżmy, że

Zaniedbujemy wyrazy wyższego niż II rząd

Równaniawyjściowe

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 83

rozwiązanie

gdzie

Jeśli Generowane są impulsy zanikające

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 84

Impulsy gigantyczne

Pamiętamy, że

Impuls gigantyczny – szybka zmiana dobroci wnękiz małej na dużą

Nadwyżka energii nad progowąjest emitowana w postaci impulsu gigantycznego

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 85

Metody

Równania kinetyczne

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 86

Rozwiązanie numeryczne

Ponieważ

Moc impulsu

a i

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 87

Cavity dumping (tłumienie dobroci wnęki)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 88

Synchronizacja modów podłużnych (mode locking)(interferencja światła o różnej częstotliwości)

- Obraz częstościowy (ośrodki niejednorodnie poszerzone)

Dobroć wnęki (lub fazę) modulujemy z częstotliwością równą odwrotności T = L/2c (f = 1/T – różnica częstotliwości między sąsiednimi modami)

- Obraz czasowy (ośrodki jednorodnie poszerzone)

Ω = 2πf

Mod o częstości ω0 wymusza oscylacje modów o częstościach ω0 ± kΩ , wszystkie o takich samych fazach. Interferencja skutkuje

powstaniem impulsu.

Z przypadkowych oscylacji laserowych zostaje wybrana jednai jako impuls(y) porusza się w rezonatorze, ulegając modyfikacji

a). Synchronizacja modów podłużnych

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 89

Modulujemy dobroć wnęki z częstością

Po rozwinięciu

Sumujemy pola wszystkich modów

gdzie

Obraz częstościowy (Frequency- Domain Description)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 90

Przy braku synchronizacji

Pole (amplitudy wszystkich modów są równe)

Natężenie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 91

Pole całkowite

Natężenie

Maksimum

Synchronizacji z modulacja amplitudy

Czas trwania impulsu

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 92

Synchronizacja z modulacją częstości

gdzie

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 93

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 94

Obraz czasowy (Time-Domain Description)(trudniejszy matematycznie)

Synchronizacja fundamentalnamodulator umieszczony na zwierciadle rezonatora(częstotliwość impulsów f = 2L/c)

Synchronizacja harmonicznamodulator umieszczony

- w połowie długości rezonatora (L/2)(częstość impulsów 2 x f)

- L/3 od zwierciadła(częstotliwość impulsów f/3)

Czas trwania impulsu = 1/szerokość pasma

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 95

Metody synchronizacji

1. Aktywnamodulatory elektrooptyczne,

2. Pasywnapompowanie synchroniczne,nasycający się absorber,optyczny efekt Kerra.

Samosynchronizacja

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 96

b). Synchronizacja modów poprzecznych

Częstość modówrezonatora sferycznego

Natężenia pola

Natężenie światła

Różnica częstości między modami

rząd 100 MHz

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 97

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 98

Impulsy femtosekundowe

Ograniczenia w uzyskiwaniu krótszych impulsów:

- pasmo emisji,

- dyspersja ośrodka i elementów lasera,

- długość fali

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 99

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 100

Dyspersja i jej kompensacja

Prędkość światła:- prekursory Brouilloina i Somerfelda- prędkości nadświetlne- prędkość fazowa a grupowa – impuls światła

It has been proven that the signal velocity is exactly equal to c, if we assume the observer to be equipped with a detector of infinite sensivity,and this is true for normal and anomalous dispersion, for isotropic or anisotropic medium, that may or not contain coductions electron. The signal has absolutely nothig to do with the phase velosity.

L. Brillouin, Wave Propagation and Groupe Velocity,Academic Press, New York, 1960

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 101

Przesunięcie fazy na drodze LW ośrodkach dyspersyjnych

Najczęściej stosuje się (wzór Sellmeiera)

Stałe

Dyspersja:- normalna i anomalna- dodatnia i ujemna

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 102

Dyspersja SiO2

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 103

Impuls światła w dielektryku

Zakładamy impuls gaussowski

Widmo na drodze z zmienia się i

Z rozwinięcia Taylora

gdzie

i

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 104

Po podstawieniu

Ewolucja w czasie impulsu – z transformacji Fouriera

Czyli

gdzie

Prędkość fazowa Prędkość grupowa

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 105

Ponieważto

oraz

Dyspersja prędkości grupowej

ale

Zależy od krzywizny dyspersji

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 106

Ponieważ to zależy od częstości przez k’’

Zapiszmy

gdzie

Czyli w równaniu impulsu

Część rzeczywista jest gaussowska, ale poszerzona

Cześć urojona jest kwadratowa

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 107

Niech

Częstość chwilowa

Z częstością kwadratową

Częstość chwilowa

Zmienia się liniowo w czasie - świergot

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 108

- prędkość grupowa,

Opóźnienie składowych o różnych częstościach na jednostkę częstości

Dyspersja prędkości grupowej

Współczynnik dyspersji materiałowej

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 109

Dyspersja opóźnienia grupowego

Poszerzenie impulsu gaussowskiego o szerokości w ośrodku dyspersyjnym

Świergot impulsu

(ang. chirping pulse)

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 110

Metody kompensacji dyspersji

P – droga optyczna

1. Pryzmaty

Kąty są małe i drugi czynnik może dominować – ujemna dyspersja

L

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 111

2. Siatki dyfrakcyjne

Droga optyczna w funkcji czestości

Dyspersja zawsze ujemna!

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 112

Dyspersja opóźnieniagrupowego

- zerowa

- dodatniarozszerzacz

-ujemnakompresor

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 113

3. Siatki Bragga

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 114

Kompresja impulsów

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 115

Generatory Kompresor

1. Barwnikowy

2. Tytanowo - szafirowy

Zwierciadłowyjściowe Dopasowanie

długości wnęki

Dopasowan iedyspersjiKompensator

dyspers ji

Ośrodekczynny

Pompowanie

Zwierciadło

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 116

Autokorelatory

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 117

Dwufotonowa fluorescencja

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 118

Diagnostyka impulsów femtosekundowych1. FROG

a) Koncepcja: wykonać równocześnie widmo kolejno fragmentów impulsówi funkcji autokorelacji. Otrzymujemy:

- kształt impulsu w czasie- informacje o zmianie fazy w czasie

b) Realizacja

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 119

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 120

2. SPIDER

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 121

Wzmacnianie impulsów femtosekundowych

Rozszerzacze impulsów w czasie Kompresory

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 122

Wzmacniacze regeneratywne

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 123

Kontrola kształtu impulsu

Modulator liniowy

w płaszczyźnie Fouriera

LC-SLM

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 124

Impulsy attosekundowe (10-18s)Impuls femtosekundowy („kula” o wymiarach μm, gęstości mocy 1015 W/cm2 i amplitudzie 109 V/cm)oddziałuje z atomami gazu. Pole świetlne zmienia kształt barier potencjału i elektron staje się quasi-swobodny.W polu nabywa ogromnej energii kinetycznej, która jest wyzwalana w akcie rekombinacjiw postaci harmonicznych wysokich rzędów.

Bernard Ziętek IF UMK Toruń 125

W widmie harmonicznych:- plateau,- energia odcięcia.

Diagnostyka możliwa dzięki jonizacji gazu przez impulsy attosekundowei pomiar rozkładu fotoelektronów spektrometrem elektronowym(technika RABBITT, FROG CRAB).

Rekord: ok. 250 as

Zastosowania: 1. badanie dynamiki rdzeniowych elektronów w atomach,2. spektroskopia plazmy,3. fluorescencja rentgenowska,4. badanie dynamiki cząsteczek biologicznie ważnych np. DNA, białka itd.

Harmoniczne (nawet powyżej 50-tego rzędu) interferują powstają impulsyattosekundowe, które pokrywają obszar spektralny setek eV.