Унікальна ультрашвидка лазерна частина перша

Унікальнийультрашвидкий лазерчастина

Унікальні властивості ультрашвидкостілазери
Тривалість ультра-коротких імпульсів ультрашвидких лазерів надає цим системам унікальні властивості, що відрізняють їх від лазерів тривалої або безперервної хвилі (CW). Для того, щоб генерувати такий короткий імпульс, потрібна широка пропускна здатність спектру. Форма імпульсу та центральна довжина хвилі визначають мінімальну пропускну здатність, необхідну для отримання імпульсів певної тривалості. Зазвичай це взаємозв'язок описаний з точки зору продукту часової пропускної здатності (TBP), який походить від принципу невизначеності. TBP гауссового імпульсу задається наступною формулою: tbpgaussian = Δτδν≈0,441
Δτ - тривалість імпульсу, а ΔV - пропускна здатність частоти. По суті, рівняння показує, що існує зворотна залежність між пропускною здатністю спектру та тривалістю імпульсу, що означає, що в міру зменшення тривалості імпульсу пропускна здатність, необхідна для генерації цього імпульсу. Фіг.1 ілюструє мінімальну пропускну здатність, необхідну для підтримки декількох різних тривалості імпульсу.

Малюнок 1: Мінімальна спектральна пропускна здатність, необхідна для підтримкиЛазерні імпульси10 к.с. (зелений), 500 фс (синій) і 50 фс (червоний)

Технічні виклики ультрашвидких лазерів
Широка спектральна пропускна здатність, пікова потужність та коротка тривалість імпульсу ультрашвидких лазерів повинні бути належним чином керовані у вашій системі. Часто одним із найпростіших рішень цих проблем є широкий спектр виходу лазерів. Якщо ви в першу чергу використовували більш тривалі імпульсні або безперервні хвилі лазери в минулому, ваш існуючий запас оптичних компонентів, можливо, не зможе відобразити або передавати повну пропускну здатність ультрашвидких імпульсів.

Поріг лазерних пошкоджень
Ultrastast Optics також має значно різні та складніші для навігації порогів лазерних пошкоджень (LDT) порівняно з більш звичайними лазерними джерелами. Коли оптика передбачається дляНаносекунд імпульсні лазери, Значення LDT зазвичай знаходяться в порядку 5-10 Дж/см2. Для ультрашвидкої оптики значення такої величини практично нечувані, оскільки значення ЛДТ мають більше шансів на порядок <1 Дж/см2, як правило, ближче до 0,3 Дж/см2. Значна зміна амплітуди ЛДТ при різних тривалості імпульсу є результатом механізму пошкодження лазера на основі тривалості імпульсу. Для наносекундних лазерів або довшепульсні лазери, основний механізм, який завдає пошкодження, є тепловим нагріванням. Покриття та підкладки матеріалівОптичні пристроїпоглинати падаючі фотони і нагрівати їх. Це може призвести до спотворення кристалічної решітки матеріалу. Теплове розширення, розтріскування, плавлення та штам решітки є загальними механізмами теплового пошкодженняЛазерні джерела.

Однак для ультрашвидких лазерів тривалість імпульсу сама швидше, ніж часова шкала передачі тепла від лазера до матеріальної решітки, тому тепловий ефект не є основною причиною пошкодження, спричиненого лазером. Натомість пікова потужність надшвидкого лазера перетворює механізм пошкодження в нелінійні процеси, такі як багатофотонне поглинання та іонізація. Ось чому неможливо просто звузити рейтинг LDT наносекундного імпульсу на ультрашаст -імпульс, оскільки фізичний механізм пошкодження відрізняється. Тому в тих же умовах використання (наприклад, довжина хвилі, тривалість імпульсу та швидкість повторення), оптичний пристрій з досить високим рейтингом LDT буде найкращим оптичним пристроєм для вашого конкретного застосування. Оптика, перевірена в різних умовах, не є репрезентативною для фактичної ефективності однієї і тієї ж оптики в системі.

Малюнок 1: Механізми пошкодження, спричинених лазером, з різними тривалістю імпульсу