Uniclaser ultrarapidpartea întâi
Proprietăți unice ale ultrarapiditățiilasere
Durata ultrascurtă a impulsurilor laserelor ultrarapide conferă acestor sisteme proprietăți unice care le disting de laserele cu impulsuri lungi sau cu undă continuă (CW). Pentru a genera un impuls atât de scurt, este necesară o lățime de bandă largă a spectrului. Forma impulsului și lungimea de undă centrală determină lățimea de bandă minimă necesară pentru a genera impulsuri de o anumită durată. De obicei, această relație este descrisă în termeni de produs timp-lățime de bandă (TBP), care este derivat din principiul incertitudinii. TBP-ul impulsului gaussian este dat de următoarea formulă: TBPGaussian = ΔτΔν≈0.441
Δτ este durata impulsului, iar Δv este lățimea de bandă a frecvenței. În esență, ecuația arată că există o relație inversă între lățimea de bandă a spectrului și durata impulsului, ceea ce înseamnă că pe măsură ce durata impulsului scade, lățimea de bandă necesară pentru a genera acel impuls crește. Figura 1 ilustrează lățimea de bandă minimă necesară pentru a suporta mai multe durate diferite de impuls.
Figura 1: Lățimea de bandă spectrală minimă necesară pentru a suportaimpulsuri laserde 10 ps (verde), 500 fs (albastru) și 50 fs (roșu)
Provocările tehnice ale laserelor ultrarapide
Lățimea de bandă spectrală largă, puterea de vârf și durata scurtă a impulsurilor laserelor ultrarapide trebuie gestionate corespunzător în sistemul dumneavoastră. Adesea, una dintre cele mai simple soluții la aceste provocări este spectrul larg de ieșire al laserelor. Dacă în trecut ați utilizat în principal lasere cu impulsuri mai lungi sau cu undă continuă, este posibil ca stocul dumneavoastră existent de componente optice să nu poată reflecta sau transmite întreaga lățime de bandă a impulsurilor ultrarapide.
Pragul de deteriorare cu laser
Optica ultrarapidă are, de asemenea, praguri de deteriorare laser (LDT) semnificativ diferite și mai dificil de gestionat în comparație cu sursele laser mai convenționale. Atunci când optica este prevăzută pentrulasere pulsate de nanosecunde, valorile LDT sunt de obicei de ordinul a 5-10 J/cm2. Pentru optica ultrarapidă, valori de această magnitudine sunt practic nemaiauzite, deoarece valorile LDT sunt mai probabil de ordinul a <1 J/cm2, de obicei mai aproape de 0,3 J/cm2. Variația semnificativă a amplitudinii LDT în funcție de diferite durate ale impulsurilor este rezultatul mecanismului de deteriorare a laserului bazat pe duratele impulsurilor. Pentru lasere de nanosecunde sau mai lungilasere pulsate, principalul mecanism care provoacă daune este încălzirea termică. Materialele de acoperire și substrat aledispozitive opticeabsorb fotonii incidenți și îi încălzesc. Acest lucru poate duce la distorsionarea rețelei cristaline a materialului. Expansiunea termică, fisurarea, topirea și deformarea rețelei sunt mecanismele comune de deteriorare termică a acestorsurse laser.
Totuși, pentru laserele ultrarapide, durata impulsului în sine este mai rapidă decât scala de timp a transferului de căldură de la laser la rețeaua materialului, deci efectul termic nu este principala cauză a deteriorării induse de laser. În schimb, puterea de vârf a laserului ultrarapid transformă mecanismul de deteriorare în procese neliniare, cum ar fi absorbția și ionizarea multi-fotonică. Acesta este motivul pentru care nu este posibil să se reducă pur și simplu ratingul LDT al unui impuls de nanosecundă la cel al unui impuls ultrarapid, deoarece mecanismul fizic al deteriorării este diferit. Prin urmare, în aceleași condiții de utilizare (de exemplu, lungimea de undă, durata impulsului și rata de repetiție), un dispozitiv optic cu un rating LDT suficient de mare va fi cel mai bun dispozitiv optic pentru aplicația dumneavoastră specifică. Optica testată în condiții diferite nu este reprezentativă pentru performanța reală a acelorași optice în sistem.
Figura 1: Mecanisme de deteriorare indusă de laser cu diferite durate ale impulsurilor
Data publicării: 24 iunie 2024