Unikalnyultraszybki laserczęść pierwsza
Unikalne właściwości ultraszybkiegolasery
Ultrakrótki czas trwania impulsu ultraszybkich laserów nadaje tym systemom unikalne właściwości, które odróżniają je od laserów długoimpulsowych lub laserów o fali ciągłej (CW). Aby wygenerować tak krótki impuls, wymagane jest szerokie pasmo widma. Kształt impulsu i centralna długość fali określają minimalną szerokość pasma wymaganą do wygenerowania impulsów o określonym czasie trwania. Zazwyczaj zależność tę opisuje się za pomocą iloczynu czasowo-pasmowego (TBP), który wynika z zasady nieoznaczoności. TBP impulsu Gaussa jest podane następującym wzorem: 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 jego wygenerowania rośnie. 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
Szerokie pasmo widmowe, moc szczytowa i krótki czas trwania impulsu ultrakrótkich laserów muszą być odpowiednio dobrane w systemie. Często jednym z najprostszych rozwiązań tych problemów jest szerokie widmo wyjściowe laserów. Jeśli w przeszłości korzystałeś głównie z laserów o dłuższych impulsach lub o fali ciągłej, Twój obecny zapas komponentów optycznych może nie być w stanie odbijać ani transmitować pełnego pasma ultrakrótkich impulsów.
Próg uszkodzenia lasera
Ultraszybka optyka ma również znacząco inne i trudniejsze do nawigowania progi uszkodzenia lasera (LDT) w porównaniu z bardziej konwencjonalnymi źródłami laserowymi. Gdy optyka jest wyposażona wlasery impulsowe nanosekundoweWartości LDT są zazwyczaj rzędu 5–10 J/cm². W przypadku ultraszybkiej optyki wartości tej wielkości są praktycznie niespotykane, ponieważ wartości LDT są zazwyczaj rzędu <1 J/cm², zazwyczaj bliższe 0,3 J/cm². Znaczne wahania amplitudy LDT przy różnych czasach trwania impulsu wynikają z mechanizmu uszkodzenia lasera opartego na czasie trwania impulsu. W przypadku laserów nanosekundowych lub dłuższychlasery impulsoweGłównym mechanizmem powodującym uszkodzenia jest nagrzewanie termiczne. Materiały powłoki i podłożaurządzenia optyczneAbsorbują padające fotony i ogrzewają je. Może to prowadzić do odkształcenia sieci krystalicznej materiału. Rozszerzalność cieplna, pękanie, topnienie i odkształcenie sieci to typowe mechanizmy uszkodzeń termicznych tych materiałów.źródła laserowe.
Jednak w przypadku laserów ultrakrótkich sam czas trwania impulsu jest krótszy niż czas transportu ciepła z lasera do sieci materiału, więc efekt termiczny nie jest główną przyczyną uszkodzeń indukowanych przez laser. Zamiast tego, moc szczytowa lasera ultrakrótkiego przekształca mechanizm uszkodzeń w procesy nieliniowe, takie jak absorpcja wielofotonowa i jonizacja. Dlatego nie jest możliwe proste zawężenie wartości znamionowej LDT impulsu nanosekundowego do wartości znamionowej impulsu ultrakrótkiego, ponieważ fizyczny mechanizm uszkodzeń jest inny. Dlatego w tych samych warunkach użytkowania (np. długości fali, czasu trwania impulsu i częstotliwości repetycji), urządzenie optyczne o wystarczająco wysokiej wartości znamionowej LDT będzie najlepszym urządzeniem optycznym dla danego zastosowania. Optyka testowana w różnych warunkach nie jest reprezentatywna dla rzeczywistej wydajności tej samej optyki w systemie.
Rysunek 1: Mechanizmy uszkodzeń wywołanych laserem przy różnym czasie trwania impulsu
Czas publikacji: 24-06-2024