Уникаленултрабърз лазерчаст първа
Уникални свойства на ултрабързителазери
Ултракъсата продължителност на импулсите на ултрабързите лазери придава на тези системи уникални свойства, които ги отличават от лазерите с дълъг импулс или лазерите с непрекъсната вълна (CW). За да се генерира такъв кратък импулс, е необходима широка честотна лента на спектъра. 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 чрез произведението време-честотна лента (TBP), което се извлича от принципа на неопределеността. TBP на Гаусовия импулс се дава от следната формула: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ е продължителността на импулса, а Δv е честотната лента. По същество уравнението показва, че има обратна зависимост между честотната лента на спектъра и продължителността на импулса, което означава, че с намаляването на продължителността на импулса, честотната лента, необходима за генерирането му, 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 ултрабързите лазери
Широката спектрална честотна лента, пиковата мощност и кратката продължителност на импулса на ултрабързите лазери трябва да бъдат правилно управлявани във вашата система. Често едно от най-простите решения на тези предизвикателства е широкоспектърният изход на лазерите. Ако в миналото сте използвали предимно лазери с по-дълги импулси или лазери с непрекъсната вълна, съществуващият ви набор от оптични компоненти може да не е в състояние да отразява или предава пълната честотна лента на ултрабързите импулси.
Праг на лазерно увреждане
Ултрабързата оптика също има значително различни и по-трудни за навигиране прагове на лазерно увреждане (LDT) в сравнение с по-конвенционалните лазерни източници. Когато е предвидена оптика зананосекундни импулсни лазериСтойностите на LDT обикновено са от порядъка на 5-10 J/cm2. За ултрабърза оптика стойности от такава величина са практически нечувани, тъй като стойностите на LDT е по-вероятно да бъдат от порядъка на <1 J/cm2, обикновено по-близо до 0,3 J/cm2. Значителната вариация на амплитудата на LDT при различна продължителност на импулса е резултат от механизма на лазерно увреждане, основан на продължителността на импулса. За наносекундни лазери или по-дългиимпулсни лазери, основният механизъм, който причинява повреди, е термичното нагряване. Материалите на покритието и основата наоптични устройстваабсорбират падащите фотони и ги нагряват. Това може да доведе до изкривяване на кристалната решетка на материала. Термично разширение, напукване, топене и деформация на решетката са често срещаните механизми за термично увреждане на тезилазерни източници.
При ултрабързите лазери обаче самата продължителност на импулса е по-бърза от времевата скала на топлопреноса от лазера към решетката на материала, така че топлинният ефект не е основната причина за лазерно-индуцираните повреди. Вместо това, пиковата мощност на ултрабързия лазер трансформира механизма на повреждане в нелинейни процеси, като многофотонна абсорбция и йонизация. Ето защо не е възможно просто да се стесни LDT рейтингът на наносекунден импулс до този на ултрабърз импулс, тъй като физическият механизъм на повреждане е различен. Следователно, при едни и същи 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. Оптиката, 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
Време на публикуване: 24 юни 2024 г.