Uniekultrasnelle laserdeel één
Unieke eigenschappen van ultrasnellelasers
De ultrakorte pulsduur van ultrasnelle lasers geeft deze systemen unieke eigenschappen die ze onderscheiden van lasers met lange pulsen of continue-golflasers (CW-lasers). Om zo'n korte puls te genereren, is een brede spectrale bandbreedte vereist. De pulsvorm en de centrale golflengte bepalen de minimale bandbreedte die nodig is om pulsen van een bepaalde duur te genereren. Deze relatie wordt doorgaans beschreven in termen van het tijd-bandbreedteproduct (TBP), dat is afgeleid van het onzekerheidsprincipe. Het TBP van de Gaussische puls wordt gegeven door de volgende formule: TBP = Gaussische puls / ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ is de pulsduur en Δv is de frequentiebandbreedte. In essentie laat de vergelijking zien dat er een omgekeerd verband bestaat tussen spectrumbandbreedte en pulsduur, wat betekent dat naarmate de pulsduur afneemt, de benodigde bandbreedte om die puls te genereren toeneemt. Figuur 1 illustreert de minimale bandbreedte die nodig is om verschillende pulsduren te ondersteunen.
Figuur 1: Minimale spectrale bandbreedte vereist ter ondersteuning vanlaserpulsenvan 10 ps (groen), 500 fs (blauw) en 50 fs (rood)
De technische uitdagingen van ultrasnelle lasers
De brede spectrale bandbreedte, het piekvermogen en de korte pulsduur van ultrasnelle lasers moeten in uw systeem goed beheerd worden. Vaak is een van de eenvoudigste oplossingen voor deze uitdagingen de brede spectrale output van lasers. Als u in het verleden voornamelijk lasers met langere pulsen of continue golven hebt gebruikt, is het mogelijk dat uw bestaande voorraad optische componenten niet in staat is om de volledige bandbreedte van ultrasnelle pulsen te reflecteren of door te laten.
Laserschadedrempel
Ultrasnelle optische systemen hebben ook aanzienlijk andere en moeilijker te beheersen laserbeschadigingsdrempels (LDT) in vergelijking met meer conventionele laserbronnen. Wanneer optische systemen worden geleverd voornanoseconde gepulseerde lasersLDT-waarden liggen doorgaans in de orde van 5-10 J/cm². Voor ultrasnelle optica zijn waarden van deze orde van grootte praktisch ongehoord, aangezien LDT-waarden eerder in de orde van <1 J/cm² liggen, meestal dichter bij 0,3 J/cm². De significante variatie in LDT-amplitude bij verschillende pulsduur is het gevolg van laserbeschadigingsmechanismen die afhankelijk zijn van de pulsduur. Voor nanoseconde lasers of langergepulseerde lasersHet voornaamste mechanisme dat schade veroorzaakt, is thermische verhitting. De coating- en substraatmaterialen van deoptische apparatenZe absorberen de invallende fotonen en verhitten ze. Dit kan leiden tot vervorming van het kristalrooster van het materiaal. Thermische uitzetting, scheuren, smelten en roostervervorming zijn de meest voorkomende thermische schademechanismen van deze materialen.laserbronnen.
Bij ultrasnelle lasers is de pulsduur echter korter dan de tijdschaal van warmteoverdracht van de laser naar het materiaalrooster, waardoor het thermische effect niet de voornaamste oorzaak is van lasergeïnduceerde schade. In plaats daarvan transformeert het piekvermogen van de ultrasnelle laser het schademechanisme in niet-lineaire processen zoals meerfotonabsorptie en ionisatie. Daarom is het niet mogelijk om de LDT-waarde van een nanoseconde puls simpelweg te herleiden tot die van een ultrasnelle puls, omdat het fysieke schademechanisme anders is. Onder dezelfde gebruiksomstandigheden (bijv. golflengte, pulsduur en herhalingsfrequentie) is een optisch apparaat met een voldoende hoge LDT-waarde daarom het beste optische apparaat voor uw specifieke toepassing. Optische componenten die onder verschillende omstandigheden zijn getest, zijn niet representatief voor de werkelijke prestaties van dezelfde optische componenten in het systeem.
Figuur 1: Mechanismen van lasergeïnduceerde schade bij verschillende pulsduur.
Geplaatst op: 24 juni 2024