Унікальнийнадшвидкий лазерчастина перша
Унікальні властивості надшвидкихлазери
Ультракоротка тривалість імпульсу надшвидких лазерів надає цим системам унікальних властивостей, що відрізняють їх від лазерів з довгими імпульсами або безперервною (CW) хвилею. Для генерації такого короткого імпульсу потрібна широка смуга пропускання. Форма імпульсу та центральна довжина хвилі визначають мінімальну смугу пропускання, необхідну для генерації імпульсів певної тривалості. Як правило, цей зв'язок описується через добуток час-смуга пропускання (TBP), який виводиться з принципу невизначеності. TBP гауссового імпульсу задається такою формулою: TBPгауссовий=ΔτΔν≈0,441
Δτ – тривалість імпульсу, а Δv – ширина смуги пропускання. По суті, рівняння показує, що існує обернена залежність між шириною смуги пропускання спектру та тривалістю імпульсу, тобто зі зменшенням тривалості імпульсу ширина смуги пропускання, необхідна для його генерації, збільшується. На рисунку 1 показано мінімальну ширину смуги пропускання, необхідну для підтримки кількох різних тривалостей імпульсів.
Рисунок 1: Мінімальна спектральна смуга пропускання, необхідна для підтримкилазерні імпульси10 пс (зелений), 500 фс (синій) та 50 фс (червоний)
Технічні проблеми надшвидких лазерів
Широка спектральна смуга пропускання, пікова потужність і коротка тривалість імпульсу надшвидких лазерів повинні бути належним чином керовані у вашій системі. Часто одним із найпростіших рішень цих проблем є широкий спектр випромінювання лазерів. Якщо ви в минулому переважно використовували лазери з довшими імпульсами або безперервною хвилею, ваш існуючий арсенал оптичних компонентів може бути не в змозі відбивати або передавати повну смугу пропускання надшвидких імпульсів.
Поріг лазерного ураження
Надшвидка оптика також має суттєво різні та складніші для навігації пороги лазерного пошкодження (LDT) порівняно з більш традиційними лазерними джерелами. Коли передбачена оптика длянаносекундні імпульсні лазериЗначення LDT зазвичай становлять близько 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 варіація амплітуди LDT за різних тривалостей імпульсу є результатом механізму лазерного пошкодження, що базується на тривалості імпульсу. Для наносекундних лазерів або довшеімпульсні лазери, основним механізмом, що спричиняє пошкодження, є термічне нагрівання. Матеріали покриття та підкладкиоптичні пристроїпоглинають падаючі фотони та нагрівають їх. Це може призвести до спотворення кристалічної решітки матеріалу. Теплове розширення, розтріскування, плавлення та деформація решітки є поширеними механізмами термічного пошкодження цихлазерні джерела.
Однак, для надшвидких лазерів сама тривалість імпульсу менша за часовий масштаб передачі тепла від лазера до решітки матеріалу, тому тепловий ефект не є основною причиною пошкодження, викликаного лазером. Натомість, пікова потужність надшвидкого лазера перетворює механізм пошкодження на нелінійні процеси, такі як багатофотонне поглинання та іонізація. Саме тому неможливо просто звузити показник LDT наносекундного імпульсу до показника надшвидкого імпульсу, оскільки фізичний механізм пошкодження відрізняється. Тому за однакових умов використання (наприклад, довжина хвилі, тривалість імпульсу та частота повторення) оптичний пристрій з достатньо високим показником LDT буде найкращим оптичним пристроєм для вашого конкретного застосування. Оптика, протестована за різних умов, не є репрезентативною для фактичної продуктивності тієї ж оптики в системі.
Рисунок 1: Механізми лазерного пошкодження з різною тривалістю імпульсу
Час публікації: 24 червня 2024 р.