Eneståendeultrahurtig laserdel et
Unikke egenskaber ved ultrahurtiglasere
Den ultrakorte pulsvarighed af ultrahurtige lasere giver disse systemer unikke egenskaber, der adskiller dem fra langpuls- eller kontinuerligbølgelasere (CW-lasere). For at generere en så kort puls kræves en bredspektret båndbredde. Pulsformen og den centrale bølgelængde bestemmer den minimale båndbredde, der kræves for at generere pulser af en bestemt varighed. Typisk beskrives dette forhold i form af tidsbåndbreddeproduktet (TBP), som er afledt af usikkerhedsprincippet. TBP'en for den gaussiske puls er givet ved følgende formel: TBPGaussisk = ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ er pulsvarigheden, og Δv er frekvensbåndbredden. Ligningen viser i bund og grund, at der er et omvendt forhold mellem spektrumbåndbredde og pulsvarighed, hvilket betyder, at når pulsens varighed falder, øges den båndbredde, der kræves for at generere pulsen. Figur 1 illustrerer den minimale båndbredde, der kræves for at understøtte flere forskellige pulsvarigheder.
Figur 1: Minimum spektral båndbredde kræves for at understøttelaserpulserpå 10 ps (grøn), 500 fs (blå) og 50 fs (rød)
De tekniske udfordringer ved ultrahurtige lasere
Den brede spektrale båndbredde, peak-effekten og den korte pulsvarighed for ultrahurtige lasere skal styres korrekt i dit system. Ofte er en af de enkleste løsninger på disse udfordringer laseres bredspektrede output. Hvis du primært har brugt lasere med længere pulser eller kontinuerlige bølger tidligere, er dit eksisterende lager af optiske komponenter muligvis ikke i stand til at reflektere eller transmittere den fulde båndbredde af ultrahurtige pulser.
Laserskadetærskel
Ultrahurtig optik har også markant anderledes og vanskeligere at navigere laserskadetærskler (LDT) sammenlignet med mere konventionelle laserkilder. Når der er optik til rådighednanosekund pulserende lasere, LDT-værdier ligger normalt i størrelsesordenen 5-10 J/cm2. For ultrahurtig optik er værdier af denne størrelsesorden praktisk talt uhørt, da LDT-værdier sandsynligvis ligger i størrelsesordenen <1 J/cm2, normalt tættere på 0,3 J/cm2. Den betydelige variation i LDT-amplitude under forskellige pulsvarigheder er resultatet af laserskademekanismen baseret på pulsvarigheder. For nanosekundlasere eller længerepulserende lasere, den primære mekanisme, der forårsager skade, er termisk opvarmning. Belægnings- og substratmaterialerne ioptiske enhederabsorbere de indfaldende fotoner og opvarme dem. Dette kan føre til forvrængning af materialets krystalgitter. Termisk udvidelse, revnedannelse, smeltning og gitterspænding er de almindelige termiske skadesmekanismer for disselaserkilder.
For ultrahurtige lasere er selve pulsvarigheden dog hurtigere end tidsskalaen for varmeoverførslen fra laseren til materialegitteret, så den termiske effekt er ikke hovedårsagen til laserinduceret skade. I stedet omdanner den ultrahurtige lasers spidseffekt skadesmekanismen til ikke-lineære processer såsom multifotonabsorption og ionisering. Derfor er det ikke muligt blot at indsnævre LDT-vurderingen af en nanosekundpuls til den for en ultrahurtig puls, fordi den fysiske mekanisme for skade er forskellig. Derfor vil en optisk enhed med en tilstrækkelig høj LDT-vurdering under de samme brugsforhold (f.eks. bølgelængde, pulsvarighed og repetitionshastighed) være den bedste optiske enhed til din specifikke anvendelse. Optik testet under forskellige forhold er ikke repræsentativ for den faktiske ydeevne af den samme optik i systemet.
Figur 1: Mekanismer for laserinduceret skade med forskellige pulsvarigheder
Opslagstidspunkt: 24. juni 2024