Unik ultrahast laser del en

UnikUltrafast laserDel 1

Unike egenskaper til ultrafastlasere
Den ultra-short pulsvarigheten til ultrafast lasere gir disse systemene unike egenskaper som skiller dem fra langpuls eller kontinuerlig bølge (CW) lasere. For å generere en så kort puls, er det nødvendig med en bred spektrumbåndbredde. Pulsformen og den sentrale bølgelengden bestemmer minimum båndbredde som kreves for å generere pulser av en bestemt varighet. Vanligvis er dette forholdet beskrevet i form av tidsbåndbreddeproduktet (TBP), som er avledet fra usikkerhetsprinsippet. TBP for den Gaussiske pulsen er gitt av følgende formel: tbpgaussisk = 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 pulsen synker, reduseres båndbredden som kreves for å generere pulsen øker. Figur 1 illustrerer den minste båndbredden som kreves for å støtte flere forskjellige pulsvarigheter.

Figur 1: Minimum spektral båndbredde som kreves for å støtteLaserpulserav 10 ps (grønn), 500 fs (blå) og 50 fs (rød)

De tekniske utfordringene til ultrafast lasere
Den brede spektrale båndbredden, toppkraften og den korte pulsvarigheten til ultrahastige lasere må administreres riktig i systemet ditt. Ofte er en av de enkleste løsningene på disse utfordringene den brede spektrumproduksjonen av lasere. Hvis du først og fremst har brukt lengre puls- eller kontinuerlige bølge-lasere i fortiden, kan det hende at din eksisterende lager av optiske komponenter ikke kan reflektere eller overføre hele båndbredden av ultrafastpulser.

Laserskadeterskel
Ultrahast -optikk har også betydelig forskjellig og vanskeligere å navigere i laserskadeterskler (LDT) sammenlignet med mer konvensjonelle laserkilder. Når optikk er gitt forNanosekund pulserte lasere, LDT-verdier er vanligvis i størrelsesorden 5-10 J/cm2. For ultrafastoptikk er verdiene av denne størrelsesorden praktisk talt uhørt, ettersom LDT -verdier er mer sannsynlig å være i størrelsesorden <1 J/cm2, vanligvis nærmere 0,3 J/cm2. Den signifikante variasjonen av LDT -amplitude under forskjellige pulsvarigheter er resultatet av laserskademekanisme basert på pulsvarighet. For nanosekundlasere eller lengerPulsede lasere, Hovedmekanismen som forårsaker skade er termisk oppvarming. Belegg og underlagsmaterialer ioptiske enheterabsorbere hendelsene fotoner og varme dem opp. Dette kan føre til forvrengning av materialets krystallgitter. Termisk ekspansjon, sprekker, smelting og gitterstamme er de vanlige termiske skademekanismene til disseLaserkilder.

For ultrafast lasere er imidlertid selve pulsvarigheten raskere enn tidsskalaen for varmeoverføring fra laseren til materialgitteret, så den termiske effekten er ikke den viktigste årsaken til laserindusert skade. I stedet transformerer toppkraften til den ultrafast laser skademekanismen til ikke-lineære prosesser som multifotonabsorpsjon og ionisering. Dette er grunnen til at det ikke er mulig å bare begrense LDT -vurderingen av en nanosekundpuls til den for en ultrafast puls, fordi den fysiske mekanismen for skade er annerledes. Derfor, under de samme bruksbetingelsene (f.eks. Bølgelengde, pulsvarighet og repetisjonshastighet), vil en optisk enhet med tilstrekkelig høy LDT -rangering være den beste optiske enheten for din spesifikke applikasjon. Optikk testet under forskjellige forhold er ikke representative for den faktiske ytelsen til den samme optikken i systemet.

Figur 1: Mekanismer for laserindusert skade med forskjellige pulsvarigheter