Unikátny ultrarýchly laser, prvá časť

Jedinečnýultrarýchly laserčasť prvá

Jedinečné vlastnosti ultrarýchllasery
Ultrakrátke trvanie pulzu ultrarýchlych laserov dáva týmto systémom jedinečné vlastnosti, ktoré ich odlišujú od dlhopulzných alebo kontinuálnych (CW) laserov. Na vygenerovanie takéhoto krátkeho impulzu je potrebná široká šírka pásma. Tvar impulzu a stredová vlnová dĺžka určujú minimálnu šírku pásma potrebnú na generovanie impulzov konkrétneho trvania. Typicky je tento vzťah opísaný z hľadiska súčinu šírky časového pásma (TBP), ktorý je odvodený z princípu neistoty. TBP Gaussovho pulzu je daný nasledujúcim vzorcom: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ je trvanie impulzu a Δv je šírka frekvenčného pásma. V podstate rovnica ukazuje, že existuje inverzný vzťah medzi šírkou pásma spektra a trvaním impulzu, čo znamená, že keď sa trvanie impulzu znižuje, zvyšuje sa šírka pásma potrebná na vygenerovanie tohto impulzu. Obrázok 1 znázorňuje minimálnu šírku pásma potrebnú na podporu niekoľkých rôznych trvania 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 pulzu ultrarýchlych laserov musia byť vo vašom systéme správne riadené. Jedným z najjednoduchších riešení týchto problémov je často širokospektrálny výkon laserov. Ak ste v minulosti primárne používali dlhšie pulzné lasery alebo lasery s kontinuálnou vlnou, vaše existujúce zásoby optických komponentov nemusia byť schopné odrážať alebo prenášať celú šírku pásma ultrarýchlych impulzov.

Prah poškodenia laserom
Ultrarýchla optika má tiež výrazne odlišné a ťažšie navigovateľné prahy poškodenia laserom (LDT) v porovnaní s konvenčnejšími laserovými zdrojmi. Keď je zabezpečená optikananosekundové pulzné lasery, hodnoty LDT sú zvyčajne rádovo 5-10 J/cm2. Pre ultrarýchlu optiku sú hodnoty tejto veľkosti prakticky nepočuteľné, pretože hodnoty LDT sú pravdepodobnejšie rádovo <1 J/cm2, zvyčajne bližšie k 0,3 J/cm2. Významná zmena amplitúdy LDT pri rôznych dĺžkach impulzov je výsledkom mechanizmu poškodenia laserom založeného na trvaní impulzov. Pre nanosekundové lasery alebo dlhšiepulzné lasery, hlavným mechanizmom, ktorý spôsobuje poškodenie, je tepelné zahrievanie. Náterové a podkladové materiályoptické zariadeniaabsorbujú dopadajúce fotóny a zahrievajú ich. To môže viesť k deformácii kryštálovej mriežky materiálu. Tepelná expanzia, praskanie, tavenie a deformácia mriežky sú bežné mechanizmy tepelného poškodenia týchto materiálovlaserové zdroje.

Pri ultrarýchlych laseroch je však samotné trvanie impulzu rýchlejšie ako časový rozsah prenosu tepla z lasera do mriežky materiálu, takže tepelný efekt nie je hlavnou príčinou poškodenia spôsobeného laserom. Namiesto toho špičkový výkon ultrarýchleho lasera transformuje mechanizmus poškodenia na nelineárne procesy, ako je multifotónová absorpcia a ionizácia. To je dôvod, prečo nie je možné jednoducho zúžiť hodnotenie LDT nanosekundového impulzu na ultrarýchly impulz, pretože fyzikálny mechanizmus poškodenia je odlišný. Preto za rovnakých podmienok používania (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 v rôznych podmienkach nereprezentuje skutočný výkon tej istej optiky v systéme.

Obrázok 1: Mechanizmy poškodenia spôsobeného laserom s rôznym trvaním impulzov


Čas odoslania: 24. júna 2024