Jedinečnýultrarýchly laserprvá časť
Unikátne vlastnosti ultrarýchlychlasery
Ultrakrátke trvanie impulzu ultrarýchlych laserov dáva týmto systémom jedinečné vlastnosti, ktoré ich odlišujú od laserov s dlhými impulzmi alebo laserov s kontinuálnou vlnou (CW). Na generovanie takéhoto krátkeho impulzu je potrebná široká šírka pásma spektra. Tvar impulzu a centrálna vlnová dĺžka určujú minimálnu šírku pásma potrebnú na generovanie impulzov s daným trvaním. Tento vzťah sa zvyčajne opisuje pomocou súčinu časovej šírky pásma (TBP), ktorý je odvodený z princípu neistoty. TBP Gaussovho impulzu je daný nasledujúcim vzorcom: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ je trvanie impulzu a Δv je frekvenčná šírka pásma. V podstate rovnica ukazuje, že medzi šírkou pásma spektra a trvaním impulzu existuje inverzný vzťah, čo znamená, že s klesajúcou dĺžkou impulzu sa zvyšuje šírka pásma potrebná na jeho generovanie. Obrázok 1 znázorňuje minimálnu šírku pásma potrebnú na podporu niekoľkých rôznych trvaní impulzov.
Obrázok 1: Minimálna spektrálna šírka pásma potrebná na podporulaserové impulzy10 ps (zelená), 500 fs (modrá) a 50 fs (červená)
Technické výzvy ultrarýchlych laserov
Široká spektrálna šírka pásma, špičkový výkon a krátke trvanie impulzu ultrarýchlych laserov musia byť vo vašom systéme správne riadené. Často je jedným z najjednoduchších riešení týchto problémov širokospektrálny výstup laserov. Ak ste v minulosti používali primárne dlhšie pulzné alebo kontinuálne vlnové lasery, váš existujúci sortiment optických komponentov nemusí byť schopný odrážať alebo prenášať plnú šírku pásma ultrarýchlych impulzov.
Prah poškodenia laserom
Ultrarýchla optika má tiež výrazne odlišné a ťažšie ovládateľné prahy poškodenia laserom (LDT) v porovnaní s konvenčnejšími laserovými zdrojmi. Keď je k dispozícii optika prenanosekundové pulzné laseryHodnoty LDT sú zvyčajne rádovo 5 – 10 J/cm2. Pre ultrarýchlu optiku sú hodnoty tohto rozsahu prakticky nevídané, pretože hodnoty LDT sú s väčšou pravdepodobnosťou rádovo <1 J/cm2, zvyčajne bližšie k 0,3 J/cm2. Významná zmena amplitúdy LDT pri rôznych trvaniach impulzov je výsledkom mechanizmu poškodenia laserom založeného na trvaní impulzov. Pre nanosekundové lasery alebo dlhšiepulzné laseryHlavným mechanizmom, ktorý spôsobuje poškodenie, je tepelné zahrievanie. Povlakové a substrátové materiályoptické zariadeniaabsorbujú dopadajúce fotóny a zohrievajú ich. To môže viesť k deformácii kryštálovej mriežky materiálu. Tepelná rozťažnosť, praskanie, topenie a mriežkové napätie sú bežnými mechanizmami tepelného poškodenia týchtolaserové zdroje.
Avšak pri ultrarýchlych laseroch je samotné trvanie impulzu rýchlejšie ako časová škála prenosu tepla z laseru do mriežky materiálu, takže tepelný efekt nie je hlavnou príčinou poškodenia vyvolaného laserom. Namiesto toho špičkový výkon ultrarýchleho laseru transformuje mechanizmus poškodenia na nelineárne procesy, ako je viacfotónová absorpcia a ionizácia. Preto nie je možné jednoducho zúžiť hodnotenie LDT nanosekundového impulzu na hodnotu ultrarýchleho impulzu, pretože fyzikálny mechanizmus poškodenia je odlišný. Preto za rovnakých podmienok použitia (napr. vlnová dĺžka, trvanie impulzu a opakovacia frekvencia) bude optické zariadenie s dostatočne vysokým hodnotením LDT najlepším optickým zariadením pre vašu konkrétnu aplikáciu. Optika testovaná za rôznych podmienok nereprezentuje skutočný výkon tej istej optiky v systéme.
Obrázok 1: Mechanizmy poškodenia vyvolaného laserom s rôznym trvaním impulzov
Čas uverejnenia: 24. júna 2024