Μοναδικό εξαιρετικά γρήγορο λέιζερ μέρος πρώτο

Μοναδικόςυπερταχύ λέιζερμέρος πρώτο

Μοναδικές ιδιότητες του ultrafastλέιζερ
Η εξαιρετικά σύντομη διάρκεια παλμού των υπερταχέων λέιζερ δίνει σε αυτά τα συστήματα μοναδικές ιδιότητες που τα διακρίνουν από τα λέιζερ μακρών παλμών ή συνεχών κυμάτων (CW). Προκειμένου να δημιουργηθεί ένας τόσο σύντομος παλμός, απαιτείται ένα ευρύ εύρος ζώνης φάσματος. Το σχήμα του παλμού και το κεντρικό μήκος κύματος καθορίζουν το ελάχιστο εύρος ζώνης που απαιτείται για τη δημιουργία παλμών συγκεκριμένης διάρκειας. Τυπικά, αυτή η σχέση περιγράφεται με όρους του προϊόντος χρονικού εύρους ζώνης (TBP), το οποίο προέρχεται από την αρχή της αβεβαιότητας. Η TBP του παλμού Gauss δίνεται από τον ακόλουθο τύπο :TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ είναι η διάρκεια του παλμού και Δv είναι το εύρος ζώνης συχνότητας. Στην ουσία, η εξίσωση δείχνει ότι υπάρχει μια αντίστροφη σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης του φάσματος και της διάρκειας παλμού, που σημαίνει ότι καθώς μειώνεται η διάρκεια του παλμού, το εύρος ζώνης που απαιτείται για τη δημιουργία αυτού του παλμού αυξάνεται. Το σχήμα 1 απεικονίζει το ελάχιστο εύρος ζώνης που απαιτείται για την υποστήριξη πολλών διαφορετικών διάρκειων παλμών.

Εικόνα 1: Ελάχιστο φασματικό εύρος ζώνης που απαιτείται για την υποστήριξηπαλμούς λέιζερτων 10 ps (πράσινο), 500 fs (μπλε) και 50 fs (κόκκινο)

Οι τεχνικές προκλήσεις των υπερταχέων λέιζερ
Το μεγάλο εύρος ζώνης, η μέγιστη ισχύς και η σύντομη διάρκεια παλμού των υπερταχέων λέιζερ πρέπει να αντιμετωπίζονται σωστά στο σύστημά σας. Συχνά, μία από τις απλούστερες λύσεις σε αυτές τις προκλήσεις είναι η έξοδος ευρέος φάσματος των λέιζερ. Εάν έχετε χρησιμοποιήσει κατά κύριο λόγο λέιζερ μεγαλύτερου παλμού ή συνεχούς κύματος στο παρελθόν, το υπάρχον απόθεμα οπτικών στοιχείων σας ενδέχεται να μην είναι σε θέση να αντανακλάσει ή να μεταδώσει το πλήρες εύρος ζώνης των υπερταχέων παλμών.

Όριο βλάβης με λέιζερ
Τα υπερταχεία οπτικά έχουν επίσης σημαντικά διαφορετικά και πιο δύσκολα στην πλοήγηση κατώφλια βλάβης λέιζερ (LDT) σε σύγκριση με πιο συμβατικές πηγές λέιζερ. Όταν προβλέπονται οπτικάπαλμικά λέιζερ νανοδευτερόλεπτου, οι τιμές LDT είναι συνήθως της τάξης των 5-10 J/cm2. Για υπερταχεία οπτική, τιμές αυτού του μεγέθους είναι πρακτικά ανύπαρκτες, καθώς οι τιμές LDT είναι πιο πιθανό να είναι της τάξης του <1 J/cm2, συνήθως πιο κοντά στο 0,3 J/cm2. Η σημαντική διακύμανση του πλάτους LDT κάτω από διαφορετικές διάρκειες παλμού είναι το αποτέλεσμα του μηχανισμού βλάβης του λέιζερ με βάση τη διάρκεια των παλμών. Για λέιζερ νανοδευτερολέπτων ή περισσότεροπαλμικά λέιζερ, ο κύριος μηχανισμός που προκαλεί βλάβες είναι η θερμική θέρμανση. Τα υλικά επίστρωσης και υποστρώματος τουοπτικές συσκευέςαπορροφούν τα προσπίπτοντα φωτόνια και τα θερμαίνουν. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος του υλικού. Η θερμική διαστολή, η ρωγμή, η τήξη και η καταπόνηση του πλέγματος είναι οι συνήθεις μηχανισμοί θερμικής βλάβης αυτών τωνπηγές λέιζερ.

Ωστόσο, για τα εξαιρετικά γρήγορα λέιζερ, η ίδια η διάρκεια του παλμού είναι ταχύτερη από τη χρονική κλίμακα μεταφοράς θερμότητας από το λέιζερ στο πλέγμα υλικού, επομένως το θερμικό αποτέλεσμα δεν είναι η κύρια αιτία της βλάβης που προκαλείται από το λέιζερ. Αντίθετα, η μέγιστη ισχύς του εξαιρετικά γρήγορου λέιζερ μετατρέπει τον μηχανισμό βλάβης σε μη γραμμικές διεργασίες όπως η απορρόφηση πολλών φωτονίων και ο ιονισμός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δεν είναι δυνατό να περιοριστεί απλώς η βαθμολογία LDT ενός παλμού νανοδευτερόλεπτου σε αυτόν ενός υπερταχύ παλμού, επειδή ο φυσικός μηχανισμός της βλάβης είναι διαφορετικός. Επομένως, υπό τις ίδιες συνθήκες χρήσης (π.χ. μήκος κύματος, διάρκεια παλμού και ρυθμός επανάληψης), μια οπτική συσκευή με επαρκώς υψηλή βαθμολογία LDT θα είναι η καλύτερη οπτική συσκευή για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Τα οπτικά που ελέγχονται υπό διαφορετικές συνθήκες δεν είναι αντιπροσωπευτικά της πραγματικής απόδοσης των ίδιων οπτικών στο σύστημα.

Εικόνα 1: Μηχανισμοί βλάβης που προκαλείται από λέιζερ με διαφορετικές διάρκειες παλμού