Уникальныйсверхбыстрый лазерчасть первая
Уникальные свойства сверхбыстрыхлазеры
Сверхкороткая длительность импульса сверхбыстрых лазеров придает этим системам уникальные свойства, отличающие их от лазеров с длинными импульсами или непрерывным излучением (CW). Для генерации такого короткого импульса требуется широкая полоса пропускания спектра. Форма импульса и центральная длина волны определяют минимальную полосу пропускания, необходимую для генерации импульсов определенной длительности. Как правило, это соотношение описывается с помощью произведения времени на полосу пропускания (TBP), которое выводится из принципа неопределенности. TBP гауссова импульса определяется следующей формулой: TBP = ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ — длительность импульса, а Δv — полоса частот. По сути, уравнение показывает обратную зависимость между полосой частот спектра и длительностью импульса, то есть по мере уменьшения длительности импульса требуемая для его генерации полоса частот увеличивается. На рисунке 1 показана минимальная полоса частот, необходимая для поддержки нескольких различных длительностей импульсов.
Рисунок 1: Минимальная ширина спектральной полосы, 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 импульсов сверхбыстрых лазеров требуют надлежащего управления в вашей системе. Часто одним из самых простых решений этих проблем является широкий спектр излучения лазеров. Если вы в основном использовали лазеры с более длинными импульсами или непрерывным излучением, ваш имеющийся набор оптических компонентов может быть не способен отражать или пропускать всю полосу пропускания сверхбыстрых импульсов.
Порог лазерного повреждения
Сверхбыстрая оптика также имеет значительно отличающиеся и более сложные для контроля пороги лазерного повреждения (ПЛП) по сравнению с более традиционными источниками лазерного излучения. Когда оптика предназначена длянаносекундные импульсные лазерыЗначения LDT обычно находятся в диапазоне 5-10 Дж/см². Для сверхбыстрой оптики значения такой величины практически неслыханны, поскольку значения LDT чаще всего находятся в диапазоне <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 и более длительных импульсов это особенно актуально.импульсные лазерыОсновной механизм, вызывающий повреждения, — это термический нагрев. Материалы покрытия и подложки...оптические устройстваПоглощение падающих фотонов и их нагрев могут привести к искажению кристаллической решетки материала. Распространенными механизмами термического повреждения являются термическое расширение, растрескивание, плавление и деформация решетки.лазерные источники.
Однако для сверхбыстрых лазеров длительность импульса сама по себе меньше, чем временной масштаб теплопередачи от лазера к кристаллической решетке материала, поэтому тепловой эффект не является основной причиной лазерного повреждения. Вместо этого пиковая мощность сверхбыстрого лазера преобразует механизм повреждения в нелинейные процессы, такие как многофотонное поглощение и ионизация. Именно поэтому невозможно просто свести показатель LDT для наносекундного импульса к показателю для сверхбыстрого импульса, поскольку физический механизм повреждения различен. Следовательно, при одинаковых условиях использования (например, длина волны, длительность импульса и частота повторения) оптическим устройством с достаточно высоким показателем LDT будет наилучшее оптическое устройство для вашего конкретного применения. Оптика, протестированная в разных условиях, не отражает фактическую производительность одной и той же оптики в системе.
Рисунок 1: Механизмы лазерного повреждения при различной длительности импульсов.
Дата публикации: 24 июня 2024 г.