Unikátníultrarychlý laserprvní část
Unikátní vlastnosti ultrarychlýchlasery
Ultrakrátká doba trvání pulzu ultrarychlých laserů dává těmto systémům jedinečné vlastnosti, které je odlišují od laserů s dlouhým pulzem nebo laserů s kontinuální vlnou (CW). Pro generování tak krátkého pulzu je zapotřebí široká šířka pásma spektra. Tvar pulzu a centrální vlnová délka určují minimální šířku pásma potřebnou pro generování pulzů určité doby trvání. Tento vztah je obvykle popsán pomocí součinu časové šířky pásma (TBP), který je odvozen z principu neurčitosti. TBP Gaussova pulzu je dán následujícím vzorcem: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ je délka trvání pulzu a Δv je šířka pásma kmitočet. V podstatě rovnice ukazuje, že mezi šířkou pásma spektra a dobou trvání pulzu existuje inverzní vztah, což znamená, že s klesající dobou trvání pulzu se zvyšuje šířka pásma potřebná k jeho generování. Obrázek 1 znázorňuje minimální šířku pásma potřebnou k podpoře několika různých délek trvání pulzu.
Obrázek 1: Minimální spektrální šířka pásma potřebná pro podporulaserové pulzy10 ps (zelená), 500 fs (modrá) a 50 fs (červená)
Technické výzvy ultrarychlých laserů
Široká spektrální šířka pásma, špičkový výkon a krátká doba trvání pulzu ultrarychlých laserů musí být ve vašem systému správně řízeny. Často je jedním z nejjednodušších řešení těchto problémů širokospektrální výstup laserů. Pokud jste v minulosti používali primárně lasery s delšími pulzy nebo lasery s kontinuální vlnou, vaše stávající optické komponenty nemusí být schopny odrážet nebo přenášet plnou šířku pásma ultrarychlých pulzů.
Práh poškození laserem
Ultrarychlá optika má také výrazně odlišné a obtížněji se orientující prahové hodnoty laserového poškození (LDT) ve srovnání s konvenčnějšími laserovými zdroji. Pokud je optika k dispozici pronanosekundové pulzní laseryHodnoty LDT se obvykle pohybují v řádu 5-10 J/cm2. U ultrarychlé optiky jsou hodnoty tohoto rozsahu prakticky nevídané, protože hodnoty LDT se spíše pohybují v řádu <1 J/cm2, obvykle blíže k 0,3 J/cm2. Významná variabilita amplitudy LDT při různých délkách pulzu je výsledkem mechanismu poškození laserem založeného na délce pulzu. U nanosekundových laserů nebo delšíchpulzní laseryHlavním mechanismem, který způsobuje poškození, je tepelné zahřívání. Povlakové a substrátové materiályoptická zařízeníabsorbují dopadající fotony a zahřívají je. To může vést k deformaci krystalové mřížky materiálu. Tepelná roztažnost, praskání, tavení a mřížkové napětí jsou běžné mechanismy tepelného poškození těchtolaserové zdroje.
U ultrarychlých laserů je však samotná délka pulzu rychlejší než časová škála přenosu tepla z laseru do materiálové mřížky, takže tepelný efekt není hlavní příčinou poškození vyvolaného laserem. Špičkový výkon ultrarychlého laseru transformuje mechanismus poškození do nelineárních procesů, jako je multifotonová absorpce a ionizace. Proto není možné jednoduše zúžit hodnocení LDT nanosekundového pulzu na ultrarychlý pulz, protože fyzikální mechanismus poškození je odlišný. Proto za stejných podmínek použití (např. vlnová délka, délka pulzu a opakovací frekvence) bude optické zařízení s dostatečně vysokým hodnocením LDT nejlepším optickým zařízením pro vaši konkrétní aplikaci. Optika testovaná za různých podmínek nereprezentuje skutečný výkon stejné optiky v systému.
Obrázek 1: Mechanismy poškození vyvolaného laserem s různou délkou trvání pulzu
Čas zveřejnění: 24. června 2024