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). För att generera en så kort puls krävs en bred spektrumbandbredd. 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:TBPGaussian=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 betyder att när pulsens varaktighet minskar, ökar bandbredden som krävs för att generera den pulsen. Figur 1 visar den minsta bandbredd som krävs för att stödja flera olika pulslängder.
Figur 1: Minsta spektrala bandbredd 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 korta pulslängden hos ultrasnabba lasrar måste hanteras korrekt i ditt system. Ofta är en av de enklaste lösningarna på dessa utmaningar det breda spektrumet av lasrar. Om du främst har använt längre puls- eller kontinuerliga våglasrar tidigare, kanske ditt befintliga lager av optiska komponenter inte kan reflektera eller överföra hela bandbredden av ultrasnabba pulser.
Laserskadetröskel
Ultrasnabb optik har också betydligt annorlunda och svårare att navigera laserskadetrösklar (LDT) jämfört med mer konventionella laserkällor. När optik tillhandahållsnanosekundspulsade lasrar, LDT-värden är vanligtvis i storleksordningen 5-10 J/cm2. För ultrasnabb optik är värden av denna storlek praktiskt taget ovanliga, eftersom LDT-värden är mer benägna att vara i storleksordningen <1 J/cm2, vanligtvis närmare 0,3 J/cm2. Den betydande variationen av LDT-amplitud under olika pulslängder är resultatet av laserskadamekanismen baserad på pulslängderna. För nanosekundlasrar eller längrepulserande lasrar, den huvudsakliga mekanismen som orsakar skador är termisk uppvärmning. Beläggnings- och substratmaterialen ioptiska anordningarabsorbera de infallande fotonerna och värma dem. Detta kan leda till förvrängning av materialets kristallgitter. Termisk expansion, sprickbildning, smältning och gitterpåkänning är de vanligaste termiska skademekanismerna för dessalaserkällor.
Men för ultrasnabba lasrar är själva pulslängden snabbare än tidsskalan för värmeöverföring från lasern till materialgittret, så den termiska effekten är inte huvudorsaken 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 nanosekundspuls till den för en ultrasnabb puls, eftersom den fysiska mekanismen för skada är annorlunda. Därför, under samma användningsförhållanden (t.ex. våglängd, pulslängd och repetitionshastighet), kommer en optisk enhet med en tillräckligt hög LDT-klassificering att vara den bästa optiska enheten för din specifika applikation. 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
Posttid: 2024-jun-24