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). Do wygenerowania tak krótkiego impulsu wymagane jest szerokie pasmo widma. Kształt impulsu i środkowa długość fali określają minimalną szerokość pasma wymaganą do wygenerowania impulsów o określonym czasie trwania. Zazwyczaj zależność tę opisuje się w kategoriach iloczynu przepustowości czasowej (TBP), który wyprowadza się z zasady nieoznaczoności. TBP impulsu Gaussa wyraża się następującym wzorem: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ to czas trwania impulsu, a Δv to szerokość pasma częstotliwości. Zasadniczo równanie pokazuje, że istnieje odwrotna zależność między szerokością widma a czasem trwania impulsu, co oznacza, że w miarę zmniejszania się czasu trwania impulsu zwiększa się szerokość pasma wymagana do wygenerowania tego impulsu. 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 ultraszybkich laserów
System musi odpowiednio zarządzać szerokim pasmem widmowym, mocą szczytową i krótkim czasem trwania impulsu ultraszybkich laserów. Często jednym z najprostszych rozwiązań tych problemów jest szerokie spektrum wyjściowe laserów. Jeśli w przeszłości korzystałeś głównie z dłuższych impulsów lub laserów o fali ciągłej, istniejące komponenty optyczne mogą nie być w stanie odzwierciedlić lub przesłać pełnego pasma ultraszybkich impulsów.
Próg uszkodzenia lasera
Ultraszybka optyka ma również znacznie inne i trudniejsze w obsłudze progi uszkodzenia lasera (LDT) w porównaniu z bardziej konwencjonalnymi źródłami lasera. Gdy zapewniona jest optykalasery impulsowe nanosekundowe, wartości LDT są zwykle rzędu 5-10 J/cm2. W przypadku ultraszybkiej optyki wartości tej wielkości są praktycznie niespotykane, ponieważ wartości LDT są raczej rzędu <1 J/cm2, zwykle bliższe 0,3 J/cm2. Znaczące zmiany amplitudy LDT przy różnym czasie trwania impulsu są wynikiem mechanizmu uszkodzenia lasera opartego na czasie trwania impulsu. Do 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 termicznychźródła laserowe.
Jednakże w przypadku ultraszybkich laserów sam czas trwania impulsu jest krótszy niż skala czasowa przenoszenia ciepła z lasera do siatki materiału, zatem efekt termiczny nie jest główną przyczyną uszkodzeń wywołanych laserem. Zamiast tego szczytowa moc ultraszybkiego lasera przekształca mechanizm uszkodzeń w procesy nieliniowe, takie jak absorpcja i jonizacja wielu fotonów. Z tego powodu nie można po prostu zawęzić wartości LDT impulsu nanosekundowego do ultraszybkiego impulsu, 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 wysokim współczynniku LDT będzie najlepszym urządzeniem optycznym dla 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 czerwca 2024 r