Unikultrahurtig laserdel én
Unike egenskaper ved ultrahurtiglasere
Den ultrakorte pulsvarigheten til ultrahurtige lasere gir disse systemene unike egenskaper som skiller dem fra langpuls- eller kontinuerligbølgelasere (CW-lasere). For å generere en så kort puls kreves en bredspektret båndbredde. Pulsformen og den sentrale bølgelengden bestemmer minimumsbåndbredden som kreves for å generere pulser med en bestemt varighet. Vanligvis beskrives dette forholdet 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, som betyr at når pulsvarigheten avtar, øker båndbredden som kreves for å generere pulsen. Figur 1 illustrerer minimumsbåndbredden som kreves for å støtte flere forskjellige pulsvarigheter.
Figur 1: Minimum spektralbåndbredde som kreves for å støttelaserpulserpå 10 ps (grønn), 500 fs (blå) og 50 fs (rød)
De tekniske utfordringene med ultrahurtige lasere
Den brede spektrale båndbredden, toppeffekten og den korte pulsvarigheten til ultrahurtige lasere må håndteres riktig i systemet ditt. Ofte er en av de enkleste løsningene på disse utfordringene den brede spektrumeffekten til lasere. Hvis du primært har brukt lasere med lengre puls eller kontinuerlig bølge tidligere, kan det hende at ditt eksisterende lager av optiske komponenter ikke er i stand til å reflektere eller overføre hele båndbredden til ultrahurtige pulser.
Terskel for laserskade
Ultrahurtig optikk har også betydelig forskjellige og vanskeligere laserskadeterskler (LDT) å navigere sammenlignet med mer konvensjonelle laserkilder. Når optikk er tilgjengelig fornanosekund pulserte lasere, LDT-verdier er vanligvis i størrelsesorden 5–10 J/cm². For ultrahurtig optikk er verdier av denne størrelsesordenen praktisk talt uhørt, ettersom LDT-verdier sannsynligvis er i størrelsesorden <1 J/cm², vanligvis nærmere 0,3 J/cm². Den betydelige variasjonen i LDT-amplitude under forskjellige pulsvarigheter er et resultat av laserskademekanismen basert på pulsvarigheter. For nanosekundlasere eller lengrepulserte lasere, er hovedmekanismen som forårsaker skade termisk oppvarming. Belegg- og substratmaterialene tiloptiske enheterabsorbere de innfallende fotonene og varme dem opp. Dette kan føre til forvrengning av materialets krystallgitter. Termisk ekspansjon, sprekkdannelser, smelting og gitterspenning er de vanlige termiske skademekanismene for disselaserkilder.
For ultrahurtige 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 omdanner toppeffekten til den ultrahurtige laseren skademekanismen til ikke-lineære prosesser som multifotonabsorpsjon og ionisering. Derfor er det ikke mulig å bare begrense LDT-vurderingen av en nanosekundpuls til den for en ultrahurtig puls, fordi den fysiske skademekanismen er forskjellig. Derfor vil en optisk enhet med en tilstrekkelig høy LDT-vurdering være den beste optiske enheten for din spesifikke applikasjon under de samme bruksforholdene (f.eks. bølgelengde, pulsvarighet og repetisjonsfrekvens). Optikk testet under forskjellige forhold er ikke representativ for den faktiske ytelsen til den samme optikken i systemet.
Figur 1: Mekanismer for laserindusert skade med ulik pulsvarighet
Publisert: 24. juni 2024