Unik ultrahurtig laser del 1

Eneståendeultrahurtig laserdel et

Unikke egenskaber ved ultrahurtiglasere
Den ultrakorte pulsvarighed af ultrahurtige lasere giver disse systemer unikke egenskaber, der adskiller dem fra lang-puls eller kontinuerlig bølge (CW) lasere. For at generere en så kort puls kræves der en bredspektret båndbredde. Pulsformen og den centrale bølgelængde bestemmer den mindste båndbredde, der kræves for at generere impulser af en bestemt varighed. Typisk beskrives dette forhold i form af tidsbåndbreddeproduktet (TBP), som er afledt af usikkerhedsprincippet. TBP for den Gaussiske puls er givet ved følgende formel:TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ er pulsvarigheden og Δv er frekvensbåndbredden. I det væsentlige viser ligningen, at der er et omvendt forhold mellem spektrumbåndbredde og pulsvarighed, hvilket betyder, at når pulsens varighed falder, stiger den båndbredde, der kræves for at generere den puls. Figur 1 illustrerer den minimale båndbredde, der kræves for at understøtte flere forskellige pulsvarigheder.


Figur 1: Minimum spektral båndbredde, der kræves for at understøttelaserpulserpå 10 ps (grøn), 500 fs (blå) og 50 fs (rød)

De tekniske udfordringer ved ultrahurtige lasere
Den brede spektrale båndbredde, spidseffekt og korte pulsvarighed af ultrahurtige lasere skal administreres korrekt i dit system. Ofte er en af ​​de enkleste løsninger på disse udfordringer det brede spektrum af lasere. Hvis du primært har brugt længere puls- eller kontinuerlige bølgelasere 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 væsentligt anderledes og sværere at navigere i laserskadetærskler (LDT) sammenlignet med mere konventionelle laserkilder. Når der er mulighed for optiknanosekund pulserende lasere, LDT-værdier er normalt i størrelsesordenen 5-10 J/cm2. For ultrahurtig optik er værdier af denne størrelsesorden praktisk talt uhørte, da LDT-værdier er mere tilbøjelige til at være i størrelsesordenen <1 J/cm2, normalt tættere på 0,3 J/cm2. Den betydelige variation af LDT-amplitude under forskellige pulsvarigheder er resultatet af laserskademekanisme baseret på pulsvarigheder. Til nanosekundlasere eller længerepulserende lasere, den vigtigste mekanisme, der forårsager skade, er termisk opvarmning. Belægnings- og substratmaterialerne afoptiske enhederabsorbere de indfaldende fotoner og opvarme dem. Dette kan føre til forvrængning af materialets krystalgitter. Termisk ekspansion, revnedannelse, smeltning og gitterspænding er de almindelige termiske skadesmekanismer for disselaserkilder.

For ultrahurtige lasere er selve pulsvarigheden dog hurtigere end tidsskalaen for varmeoverførsel fra laseren til materialets gitter, så den termiske effekt er ikke hovedårsagen til laserinduceret skade. I stedet forvandler den ultrahurtige lasers spidseffekt skademekanismen til ikke-lineære processer såsom multi-fotonabsorption og ionisering. Dette er grunden til, at det ikke er muligt blot at indsnævre LDT-vurderingen af ​​en nanosekundpuls til den for en ultrahurtig puls, fordi den fysiske skadesmekanisme er anderledes. Derfor, under de samme brugsbetingelser (f.eks. bølgelængde, pulsvarighed og gentagelseshastighed), vil en optisk enhed med en tilstrækkelig høj LDT-rating 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


Indlægstid: 24-jun-2024