Уникален свръхбърз лазер част първа

Уникаленсвръхбърз лазерчаст първа

Уникални свойства на ултрабързлазери
Свръхкъсата продължителност на импулса на свръхбързите лазери придава на тези системи уникални свойства, които ги отличават от лазерите с дълги импулси или непрекъснати вълни (CW). За да се генерира такъв кратък импулс, е необходима честотна лента с широк спектър. Формата на импулса и централната дължина на вълната определят минималната честотна лента, необходима за генериране на импулси с определена продължителност. Обикновено тази връзка се описва от гледна точка на произведението време-честотна лента (TBP), което се извлича от принципа на неопределеността. TBP на импулса на Гаус се дава по следната формула: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ е продължителността на импулса, а Δv е честотната лента. По същество уравнението показва, че има обратна връзка между честотната лента на спектъра и продължителността на импулса, което означава, че с намаляването на продължителността на импулса, честотната лента, необходима за генериране на този импулс, се увеличава. Фигура 1 илюстрира минималната честотна лента, необходима за поддържане на няколко различни продължителности на импулса.

Фигура 1: Минимална спектрална честотна лента, необходима за поддръжкалазерни импулсиот 10 ps (зелено), 500 fs (синьо) и 50 fs (червено)

Техническите предизвикателства на свръхбързите лазери
Широката спектрална честотна лента, пиковата мощност и кратката продължителност на импулса на свръхбързите лазери трябва да се управляват правилно във вашата система. Често едно от най-простите решения на тези предизвикателства е широкоспектърният изход на лазерите. Ако в миналото сте използвали основно лазери с по-дълги импулси или непрекъснати вълни, съществуващият ви запас от оптични компоненти може да не е в състояние да отразява или предава пълната честотна лента на свръхбързи импулси.

Праг на лазерно увреждане
Свръхбързата оптика също така има значително различни и по-трудни за навигиране прагове на увреждане на лазера (LDT) в сравнение с по-конвенционалните лазерни източници. Когато има предвидена оптикананосекундни импулсни лазери, стойностите на LDT обикновено са от порядъка на 5-10 J/cm2. За свръхбърза оптика стойности от тази величина са практически нечувани, тъй като е по-вероятно стойностите на LDT да бъдат от порядъка на <1 J/cm2, обикновено по-близо до 0,3 J/cm2. Значителната промяна на амплитудата на LDT при различна продължителност на импулса е резултат от механизъм на лазерно увреждане, базиран на продължителността на импулса. За наносекундни лазери или повечеимпулсни лазери, основният механизъм, който причинява увреждане, е термичното нагряване. Материалите на покритието и субстрата наоптични устройстваабсорбира падащите фотони и ги нагрява. Това може да доведе до изкривяване на кристалната решетка на материала. Топлинно разширение, напукване, топене и напрежение на решетката са общите механизми за термично увреждане на тезилазерни източници.

Въпреки това, за свръхбързите лазери, самата продължителност на импулса е по-бърза от времевата скала на пренос на топлина от лазера към решетката на материала, така че термичният ефект не е основната причина за увреждане, предизвикано от лазера. Вместо това пиковата мощност на ултрабързия лазер трансформира механизма на увреждане в нелинейни процеси като многофотонна абсорбция и йонизация. Ето защо не е възможно просто да се стесни рейтингът на LDT на наносекунден импулс до този на свръхбърз импулс, тъй като физическият механизъм на увреждане е различен. Следователно, при същите условия на употреба (напр. дължина на вълната, продължителност на импулса и честота на повторение), оптично устройство с достатъчно висок LDT рейтинг ще бъде най-доброто оптично устройство за вашето конкретно приложение. Оптика, тествана при различни условия, не е представителна за действителната производителност на същата оптика в системата.

Фигура 1: Механизми на лазерно индуцирано увреждане с различна продължителност на импулса