Μοναδικό Ultrafast Laser Part One

Μοναδικόςεξαιρετικά γρήγορη λέιζερμέρος του πρώτου

Μοναδικές ιδιότητες του Ultrafastλέιζερ
Η μεγάλη διάρκεια παλμού παλμών των εξαιρετικά γρήγορων λέιζερ δίνει σε αυτά τα συστήματα μοναδικές ιδιότητες που τις διακρίνουν από λέιζερ μακράς παλμού ή συνεχούς κύματος (CW). Προκειμένου να δημιουργηθεί ένας τόσο σύντομος παλμός, απαιτείται ένα ευρύ φάσμα εύρους ζώνης. Το σχήμα του παλμού και το κεντρικό μήκος κύματος καθορίζουν το ελάχιστο εύρος ζώνης που απαιτείται για τη δημιουργία παλμών μιας συγκεκριμένης διάρκειας. Συνήθως, αυτή η σχέση περιγράφεται από την άποψη του προϊόντος χρονικού ζώνη (TBP), το οποίο προέρχεται από την αρχή της αβεβαιότητας. Το TBP του Gaussian Pulse δίνεται από τον ακόλουθο τύπο: tbpgaussian = Δ.
Το δτ είναι η διάρκεια παλμού και το ΔV είναι το εύρος ζώνης συχνοτήτων. Στην ουσία, η εξίσωση δείχνει ότι υπάρχει αντίστροφη σχέση μεταξύ του εύρους ζώνης του φάσματος και της διάρκειας παλμού, που σημαίνει ότι καθώς η διάρκεια του παλμού μειώνεται, το εύρος ζώνης που απαιτείται για να δημιουργηθεί αυτό το παλμό αυξάνεται. Το σχήμα 1 απεικονίζει το ελάχιστο εύρος ζώνης που απαιτείται για την υποστήριξη αρκετών διαφορετικών παλμών.

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

Οι τεχνικές προκλήσεις των εξαιρετικά γρήγορων λέιζερ
Το ευρύ φασματικό εύρος ζώνης, η μέγιστη ισχύς και η σύντομη διάρκεια παλμού των εξαιρετικά γρήγορων λέιζερ πρέπει να διαχειρίζονται σωστά στο σύστημά σας. Συχνά, μια από τις απλούστερες λύσεις σε αυτές τις προκλήσεις είναι η ευρεία παραγωγή φάσματος των λέιζερ. Εάν έχετε χρησιμοποιήσει κατά κύριο λόγο μακρύτερα λέιζερ παλμού ή συνεχούς κύματος στο παρελθόν, το υπάρχον απόθεμα οπτικών εξαρτημάτων ενδέχεται να μην είναι σε θέση να προβληματιστεί ή να μεταδώσει το πλήρες εύρος ζώνης των εξαιρετικά γρήγορων παλμών.

Όριο βλάβης με λέιζερ
Η Ultrafast Optics έχει επίσης σημαντικά διαφορετική και πιο δύσκολη στην πλοήγηση στα όρια βλάβης με λέιζερ (LDT) σε σύγκριση με πιο συμβατικές πηγές λέιζερ. Όταν παρέχονται οπτικάνανοδευτερόλεπτα παλμικά λέιζερ, Οι τιμές LDT είναι συνήθως της τάξης των 5-10 J/cm2. Για την εξαιρετικά γρήγορη οπτική, οι τιμές αυτού του μεγέθους είναι πρακτικά ανήκουστες, καθώς οι τιμές LDT είναι πιο πιθανό να είναι της τάξης <1 J/cm2, συνήθως πιο κοντά στο 0,3 J/cm2. Η σημαντική διακύμανση του εύρους LDT κάτω από διαφορετικές παλμικές διάρκειες είναι το αποτέλεσμα του μηχανισμού βλάβης με λέιζερ με βάση τις διάρκειες παλμών. Για λέιζερ νανοδευτερόλεπτα ή περισσότεροπαλμικά λέιζερ, ο κύριος μηχανισμός που προκαλεί ζημιά είναι η θερμική θέρμανση. Τα υλικά επικάλυψης και υποστρώματος τουοπτικές συσκευέςαπορροφήστε τα φωτόνια περιστατικού και θερμαίνετε τα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος του υλικού. Η θερμική διαστολή, η ρωγμή, η τήξη και το στέλεχος του πλέγματος είναι οι κοινοί μηχανισμοί θερμικής βλάβης αυτώνπηγές 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, οπότε η θερμική επίδραση δεν είναι η κύρια αιτία βλάβης που προκαλείται από λέιζερ. Αντ 'αυτού, η μέγιστη ισχύς του εξαιρετικά γρήγορου λέιζερ μετασχηματίζει τον μηχανισμό βλάβης σε μη γραμμικές διεργασίες όπως η απορρόφηση πολλαπλών φωτονίων και ο ιονισμός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο δεν είναι δυνατόν απλώς να περιορίσετε την βαθμολογία LDT ενός παλμού νανοδευτερόλεπτα σε αυτόν ενός εξαιρετικά γρήγορου παλμού, επειδή ο φυσικός μηχανισμός βλάβης είναι διαφορετικός. Επομένως, υπό τις ίδιες συνθήκες χρήσης (π.χ. μήκος κύματος, διάρκεια παλμού και ρυθμό επανάληψης), μια οπτική συσκευή με επαρκώς υψηλή βαθμολογία LDT θα είναι η καλύτερη οπτική συσκευή για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Η οπτική που δοκιμάζεται υπό διαφορετικές συνθήκες δεν είναι αντιπροσωπευτική της πραγματικής απόδοσης της ίδιας οπτικής στο σύστημα.

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