Унікальнийнадшвидкий лазерчастина перша
Унікальні властивості ультрафасталазери
Ультракоротка тривалість імпульсу надшвидких лазерів надає цим системам унікальні властивості, які відрізняють їх від довгоімпульсних або безперервних (CW) лазерів. Для генерації такого короткого імпульсу потрібна широка смуга частот. Форма імпульсу та центральна довжина хвилі визначають мінімальну смугу пропускання, необхідну для генерації імпульсів певної тривалості. Як правило, цей зв’язок описується в термінах добутку часу та смуги пропускання (TBP), який виводиться з принципу невизначеності. TBP імпульсу Гауса визначається такою формулою: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ — тривалість імпульсу, а Δv — смуга частот. По суті, рівняння показує, що існує обернена залежність між шириною смуги спектру та тривалістю імпульсу, тобто, коли тривалість імпульсу зменшується, ширина смуги, необхідна для генерації цього імпульсу, збільшується. Малюнок 1 ілюструє мінімальну смугу пропускання, необхідну для підтримки декількох імпульсів різної тривалості.
Рисунок 1: Мінімальна спектральна смуга пропускання, необхідна для підтримкилазерні імпульси10 пс (зелений), 500 фс (синій) і 50 фс (червоний)
Технічні проблеми надшвидких лазерів
У вашій системі необхідно належним чином керувати широкою смугою пропускання спектру, піковою потужністю та короткою тривалістю імпульсу надшвидких лазерів. Часто одним із найпростіших рішень цих проблем є широкий спектр випромінювання лазерів. Якщо раніше ви в основному використовували довший імпульсний або безперервний лазер, ваш наявний запас оптичних компонентів може бути не в змозі відбивати або передавати повну смугу пропускання надшвидких імпульсів.
Поріг ураження лазером
Надшвидкісна оптика також має суттєво інші та складніші для навігації порогові значення лазерного пошкодження (LDT) порівняно з більш звичайними лазерними джерелами. Коли передбачена оптикананосекундні імпульсні лазери, значення LDT зазвичай знаходяться в порядку 5-10 Дж/см2. Для надшвидкої оптики значення такої величини практично невідомі, оскільки значення LDT, швидше за все, будуть порядку <1 Дж/см2, зазвичай ближче до 0,3 Дж/см2. Значна зміна амплітуди LDT при різній тривалості імпульсу є результатом механізму лазерного пошкодження, заснованого на тривалості імпульсу. Для наносекундних лазерів або довшеімпульсні лазериОсновним механізмом пошкодження є теплове нагрівання. Матеріали покриття та підкладкиоптичні приладипоглинають падаючі фотони і нагрівають їх. Це може призвести до спотворення кристалічної решітки матеріалу. Теплове розширення, розтріскування, плавлення та деформація решітки є загальними механізмами теплового пошкодження цихлазерні джерела.
Однак для надшвидких лазерів сама тривалість імпульсу є швидшою за масштаб часу передачі тепла від лазера до решітки матеріалу, тому тепловий ефект не є основною причиною пошкодження, спричиненого лазером. Натомість пікова потужність надшвидкого лазера перетворює механізм пошкодження на нелінійні процеси, такі як багатофотонне поглинання та іонізація. Ось чому неможливо просто звузити рейтинг LDT наносекундного імпульсу до надшвидкого імпульсу, оскільки фізичний механізм пошкодження інший. Тому за однакових умов використання (наприклад, довжина хвилі, тривалість імпульсу та частота повторення) оптичний пристрій із достатньо високим рейтингом LDT буде найкращим оптичним пристроєм для конкретного застосування. Оптика, перевірена за різних умов, не є репрезентативною для фактичної продуктивності тієї самої оптики в системі.
Малюнок 1: Механізми лазерно-індукованого пошкодження з різною тривалістю імпульсу
Час публікації: 24 червня 2024 р