Unikalnyultraszybki laserczęść pierwsza
Unikalne właściwości ultraszybkiegolasery
Ultrakrótki czas trwania impulsu ultrakrótkich laserów nadaje tym systemom unikalne właściwości, które odróżniają je od laserów długoimpulsowych lub laserów o fali ciągłej (CW). Aby wygenerować tak krótki impuls, wymagana jest szeroka szerokość pasma. Kształt impulsu i centralna długość fali określają minimalną szerokość pasma wymaganą do generowania impulsów o określonym czasie trwania. Zazwyczaj zależność ta jest opisywana za pomocą iloczynu czasu i szerokości pasma (TBP), który jest wyprowadzany z zasady nieoznaczoności. TBP impulsu Gaussa jest podane za pomocą następującego wzoru: TBPGaussa=ΔτΔν≈0,441
Δτ to czas trwania impulsu, a Δv to szerokość pasma częstotliwości. W istocie równanie pokazuje, że istnieje odwrotna zależność między szerokością pasma widma a czasem trwania impulsu, co oznacza, że wraz ze zmniejszaniem się czasu trwania impulsu szerokość pasma wymagana do wygenerowania tego impulsu wzrasta. Rysunek 1 ilustruje minimalną szerokość pasma wymaganą do obsługi kilku różnych czasów trwania impulsu.
Rysunek 1: Minimalna szerokość pasma widmowego wymagana do obsługiimpulsy laserowe10 ps (zielony), 500 fs (niebieski) i 50 fs (czerwony)
Wyzwania techniczne związane z ultrakrótkimi laserami
Szeroka szerokość pasma widmowego, moc szczytowa i krótki czas trwania impulsu ultrakrótkich laserów muszą być odpowiednio zarządzane w Twoim systemie. Często jednym z najprostszych rozwiązań tych wyzwań jest szerokie spektrum wyjściowe laserów. Jeśli w przeszłości używałeś głównie dłuższych impulsów lub laserów o fali ciągłej, Twój obecny zapas komponentów optycznych może nie być w stanie odbijać lub przesyłać pełnej szerokości pasma ultrakrótkich impulsów.
Próg uszkodzenia lasera
Ultraszybka optyka ma również znacząco inne i trudniejsze do nawigowania progi uszkodzeń laserowych (LDT) w porównaniu do bardziej konwencjonalnych źródeł laserowych. Gdy optyka jest dostarczana dlalasery impulsowe nanosekundowe, wartości LDT są zwykle rzędu 5-10 J/cm2. W przypadku optyki ultrakrótkiej wartości tej wielkości są praktycznie niespotykane, ponieważ wartości LDT są raczej rzędu <1 J/cm2, zwykle bliżej 0,3 J/cm2. Znaczna zmienność amplitudy LDT przy różnych czasach trwania impulsu jest wynikiem mechanizmu uszkodzenia lasera opartego na czasie trwania impulsu. W przypadku laserów nanosekundowych lub dłuższychlasery impulsowe, głównym mechanizmem powodującym uszkodzenia jest nagrzewanie termiczne. Materiały powłokowe i podłożaurządzenia optyczneabsorbują padające fotony i ogrzewają je. Może to prowadzić do zniekształcenia sieci krystalicznej materiału. Rozszerzalność cieplna, pękanie, topienie i odkształcenie sieci to typowe mechanizmy uszkodzeń cieplnych tychźródła laserowe.
Jednak w przypadku laserów ultrakrótkich sam czas trwania impulsu jest szybszy niż skala czasu transferu ciepła z lasera do sieci materiału, więc efekt cieplny nie jest główną przyczyną uszkodzeń wywołanych laserem. Zamiast tego, moc szczytowa lasera ultrakrótkiego przekształca mechanizm uszkodzeń w procesy nieliniowe, takie jak absorpcja i jonizacja wielofotonowa. Dlatego nie można po prostu zawęzić oceny LDT impulsu nanosekundowego do oceny impulsu ultrakrótkiego, ponieważ fizyczny mechanizm uszkodzeń jest inny. Dlatego w tych samych warunkach użytkowania (np. długość fali, czas trwania impulsu i częstotliwość powtarzania) urządzenie optyczne o wystarczająco wysokiej ocenie LDT będzie najlepszym urządzeniem optycznym dla Twojego konkretnego zastosowania. Optyka testowana w różnych warunkach nie jest reprezentatywna dla rzeczywistej wydajności tej samej optyki w systemie.
Rysunek 1: Mechanizmy uszkodzeń wywołanych laserem przy różnych czasach trwania impulsu
Czas publikacji: 24-06-2024