Unikultrarask laserdel én
Unike egenskaper til ultrarasklasere
Den ultrakorte pulsvarigheten til ultraraske lasere gir disse systemene unike egenskaper som skiller dem fra lasere med lang puls eller kontinuerlig bølge (CW). For å generere en så kort puls, kreves en bred spektrumbåndbredde. Pulsformen og den sentrale bølgelengden bestemmer minimumsbåndbredden som kreves for å generere pulser av en bestemt varighet. Typisk er dette forholdet beskrevet i form av tidsbåndbreddeproduktet (TBP), som er avledet fra usikkerhetsprinsippet. TBP for den Gaussiske puls er gitt av følgende formel:TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ er pulsvarigheten og Δv er frekvensbåndbredden. I hovedsak viser ligningen at det er et omvendt forhold mellom spektrumbåndbredde og pulsvarighet, noe som betyr at når varigheten av pulsen avtar, øker båndbredden som kreves for å generere den pulsen. Figur 1 illustrerer minimumsbåndbredden som kreves for å støtte flere forskjellige pulsvarigheter.
Figur 1: Minimum spektral båndbredde som kreves for å støttelaserpulserpå 10 ps (grønn), 500 fs (blå) og 50 fs (rød)
De tekniske utfordringene ved ultraraske lasere
Den brede spektrale båndbredden, toppeffekten og korte pulsvarigheten til ultraraske lasere må administreres riktig i systemet ditt. Ofte er en av de enkleste løsningene på disse utfordringene det brede spekteret av lasere. Hvis du først og fremst har brukt lengre puls- eller kontinuerligbølgelasere tidligere, kan det hende at ditt eksisterende lager av optiske komponenter ikke kan reflektere eller overføre hele båndbredden til ultraraske pulser.
Laserskadeterskel
Ultrarask optikk har også betydelig andre og vanskeligere å navigere laserskadeterskler (LDT) sammenlignet med mer konvensjonelle laserkilder. Når optikk er tilrettelagtnanosekund pulserende lasere, LDT-verdier er vanligvis i størrelsesorden 5-10 J/cm2. For ultrarask optikk er verdier av denne størrelsesorden praktisk talt uhørt, da LDT-verdier er mer sannsynlig å være i størrelsesorden <1 J/cm2, vanligvis nærmere 0,3 J/cm2. Den betydelige variasjonen av LDT-amplitude under forskjellige pulsvarigheter er resultatet av laserskademekanisme basert på pulsvarighet. For nanosekundlasere eller lengrepulserende lasere, hovedmekanismen som forårsaker skade er termisk oppvarming. Belegget og substratmaterialene tiloptiske enheterabsorbere de innfallende fotonene og varme dem opp. Dette kan føre til forvrengning av materialets krystallgitter. Termisk ekspansjon, sprekkdannelse, smelting og gitterbelastning er de vanlige termiske skademekanismene til disselaserkilder.
For ultraraske lasere er imidlertid selve pulsvarigheten raskere enn tidsskalaen for varmeoverføring fra laseren til materialgitteret, så den termiske effekten er ikke hovedårsaken til laserindusert skade. I stedet forvandler toppkraften til den ultraraske laseren skademekanismen til ikke-lineære prosesser som multi-fotonabsorpsjon og ionisering. Dette er grunnen til at det ikke er mulig å bare begrense LDT-vurderingen til en nanosekundpuls til den for en ultrarask puls, fordi den fysiske skademekanismen er annerledes. Derfor, under de samme bruksforholdene (f.eks. bølgelengde, pulsvarighet og repetisjonshastighet), vil en optisk enhet med en tilstrekkelig høy LDT-klassifisering være den beste optiske enheten for din spesifikke applikasjon. Optikk testet under forskjellige forhold er ikke representativt for den faktiske ytelsen til den samme optikken i systemet.
Figur 1: Mekanismer for laserindusert skade med ulik pulsvarighet
Innleggstid: 24. juni 2024