Unikultrasnabb laserdel ett
Unika egenskaper hos ultrasnabblasrar
Den ultrakorta pulslängden hos ultrasnabba lasrar ger dessa system unika egenskaper som skiljer dem från långpuls- eller kontinuerligvågslasrar (CW-lasrar). För att generera en så kort puls krävs en bredbandsbandbredd. Pulsformen och den centrala våglängden bestämmer den minsta bandbredd som krävs för att generera pulser med en viss varaktighet. Vanligtvis beskrivs detta förhållande i termer av tidsbandbreddsprodukten (TBP), som härleds från osäkerhetsprincipen. TBP för den gaussiska pulsen ges av följande formel: TBPGaussisk=ΔτΔν≈0,441
Δτ är pulslängden och Δv är frekvensbandbredden. I huvudsak visar ekvationen att det finns ett omvänt förhållande mellan spektrumbandbredd och pulslängd, vilket innebär att när pulslängden minskar ökar bandbredden som krävs för att generera pulsen. Figur 1 illustrerar den minsta bandbredd som krävs för att stödja flera olika pulslängder.
Figur 1: Minsta spektralbandbredd som krävs för att stödjalaserpulserpå 10 ps (grön), 500 fs (blå) och 50 fs (röd)
De tekniska utmaningarna med ultrasnabba lasrar
Den breda spektrala bandbredden, toppeffekten och den korta pulslängden hos ultrasnabba lasrar måste hanteras korrekt i ditt system. Ofta är en av de enklaste lösningarna på dessa utmaningar lasrarnas breda spektrumutgång. Om du tidigare främst har använt längre puls- eller kontinuerliga våglasrar kanske ditt befintliga lager av optiska komponenter inte kan reflektera eller överföra hela bandbredden för ultrasnabba pulser.
Tröskelvärde för laserskador
Ultrasnabb optik har också betydligt annorlunda och svårare att navigera laserskadetrösklar (LDT) jämfört med mer konventionella laserkällor. När optik tillhandahålls förnanosekundspulsade lasrar, LDT-värden ligger vanligtvis i storleksordningen 5–10 J/cm². För ultrasnabb optik är värden av denna storleksordning praktiskt taget okända, eftersom LDT-värden sannolikt ligger i storleksordningen <1 J/cm², vanligtvis närmare 0,3 J/cm². Den betydande variationen i LDT-amplitud under olika pulslängder är resultatet av laserskademekanismen baserad på pulslängder. För nanosekundlasrar eller längrepulserade lasrar, den huvudsakliga mekanismen som orsakar skador är termisk uppvärmning. Beläggnings- och substratmaterialen ioptiska anordningarabsorberar de infallande fotonerna och värmer upp dem. Detta kan leda till förvrängning av materialets kristallgitter. Termisk expansion, sprickbildning, smältning och gitterspänning är vanliga termiska skademekanismer för dessalaserkällor.
För ultrasnabba lasrar är dock själva pulslängden snabbare än tidsskalan för värmeöverföringen från lasern till materialgittret, så den termiska effekten är inte den främsta orsaken till laserinducerad skada. Istället omvandlar den ultrasnabba laserns toppeffekt skademekanismen till icke-linjära processer som multifotonabsorption och jonisering. Det är därför det inte är möjligt att helt enkelt begränsa LDT-värdet för en nanosekundpuls till det för en ultrasnabb puls, eftersom den fysiska mekanismen för skada är annorlunda. Därför, under samma användningsförhållanden (t.ex. våglängd, pulslängd och repetitionsfrekvens), kommer en optisk enhet med ett tillräckligt högt LDT-värde att vara den bästa optiska enheten för din specifika tillämpning. Optik som testats under olika förhållanden är inte representativ för den faktiska prestandan för samma optik i systemet.
Figur 1: Mekanismer för laserinducerad skada med olika pulslängder
Publiceringstid: 24 juni 2024