Уникальныйсверхбыстрый лазерчасть первая
Уникальные свойства сверхбыстрыхлазеры
Сверхкороткая длительность импульса сверхбыстрых лазеров придаёт этим системам уникальные свойства, отличающие их от длинноимпульсных или непрерывно-волновых лазеров. Для генерации столь короткого импульса требуется широкая спектральная полоса пропускания. Форма импульса и центральная длина волны определяют минимальную полосу пропускания, необходимую для генерации импульсов заданной длительности. Обычно это соотношение описывается в терминах произведения времени на ширину полосы пропускания (TBP), которое выводится из принципа неопределённости. TBP гауссова импульса определяется следующей формулой: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ — длительность импульса, а Δv — ширина полосы пропускания. По сути, это уравнение показывает, что существует обратная зависимость между шириной полосы пропускания спектра и длительностью импульса, то есть с уменьшением длительности импульса увеличивается ширина полосы пропускания, необходимая для его генерации. На рисунке 1 показана минимальная ширина полосы пропускания, необходимая для поддержки нескольких различных длительностей импульса.
Рисунок 1: Минимальная спектральная полоса пропускания, необходимая для поддержкилазерные импульсы10 пс (зеленый), 500 фс (синий) и 50 фс (красный)
Технические проблемы сверхбыстрых лазеров
Широкая спектральная полоса пропускания, пиковая мощность и короткая длительность импульса сверхбыстрых лазеров должны быть правильно реализованы в вашей системе. Зачастую одним из простейших решений этих задач является широкий спектр излучения лазеров. Если ранее вы в основном использовали более длинные импульсные или непрерывные лазеры, ваш текущий парк оптических компонентов может не обеспечивать отражение или передачу всей полосы пропускания сверхбыстрых импульсов.
Порог повреждения лазера
Сверхбыстрая оптика также имеет существенно отличающиеся и более сложные для восприятия пороги лазерного повреждения (LDT) по сравнению с более традиционными лазерными источниками. Когда оптика предназначена длянаносекундные импульсные лазерыЗначения LDT обычно составляют порядка 5–10 Дж/см². Для сверхбыстрой оптики такие значения практически не встречаются, поскольку значения LDT, скорее всего, составляют менее 1 Дж/см², обычно ближе к 0,3 Дж/см². Значительное изменение амплитуды LDT при различной длительности импульса является результатом механизма лазерного повреждения, основанного на длительности импульса. Для наносекундных лазеров или более длительных лазеровимпульсные лазеры, основным механизмом повреждения является термический нагрев. Материалы покрытия и подложкиоптические устройстваПоглощают падающие фотоны и нагревают их. Это может привести к искажению кристаллической решетки материала. Тепловое расширение, растрескивание, плавление и деформация решетки – распространённые механизмы термического повреждения этих материалов.лазерные источники.
Однако для сверхбыстрых лазеров длительность импульса сама по себе меньше, чем временной масштаб передачи тепла от лазера к решетке материала, поэтому тепловой эффект не является основной причиной лазерно-индуцированного повреждения. Вместо этого пиковая мощность сверхбыстрого лазера преобразует механизм повреждения в нелинейные процессы, такие как многофотонное поглощение и ионизация. Вот почему невозможно просто сузить рейтинг LDT наносекундного импульса до рейтинга сверхбыстрого импульса, поскольку физический механизм повреждения отличается. Следовательно, при тех же условиях использования (например, длина волны, длительность импульса и частота повторения) оптическое устройство с достаточно высоким рейтингом LDT будет лучшим оптическим устройством для вашего конкретного применения. Оптика, испытанная в других условиях, не является репрезентативной для фактических характеристик одной и той же оптики в системе.
Рисунок 1: Механизмы лазерного повреждения при различной длительности импульса
Время публикации: 24 июня 2024 г.