Уникальныйсверхбыстрый лазерчасть первая
Уникальные свойства сверхбыстроголазеры
Сверхкороткая длительность импульса сверхбыстрых лазеров придает этим системам уникальные свойства, которые отличают их от лазеров с длинными импульсами или лазерами непрерывного действия. Для генерации такого короткого импульса необходима широкая полоса спектра. Форма импульса и центральная длина волны определяют минимальную полосу пропускания, необходимую для генерации импульсов определенной длительности. Обычно эта взаимосвязь описывается с помощью произведения времени на полосу пропускания (TBP), которое выводится из принципа неопределенности. TBP гауссовского импульса определяется следующей формулой: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441.
Δτ — длительность импульса, а Δv — полоса частот. По сути, уравнение показывает, что существует обратная зависимость между шириной полосы спектра и длительностью импульса, а это означает, что по мере уменьшения длительности импульса полоса пропускания, необходимая для генерации этого импульса, увеличивается. На рисунке 1 показана минимальная полоса пропускания, необходимая для поддержки нескольких импульсов различной длительности.
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 правильно управляться в вашей системе. Часто одним из самых простых решений этих проблем является выход лазеров широкого спектра. Если в прошлом вы в основном использовали лазеры с более длинными импульсами или лазерами непрерывного действия, ваш существующий запас оптических компонентов может быть не в состоянии отражать или передавать полную полосу пропускания сверхбыстрых импульсов.
Порог повреждения лазером
Сверхбыстрая оптика также имеет значительно отличающиеся пороги лазерного повреждения (LDT), которые сложнее контролировать, по сравнению с более традиционными лазерными источниками. Когда предусмотрена оптикананосекундные импульсные лазерыЗначения ЛДТ обычно составляют порядка 5–10 Дж/см2. Для сверхбыстрой оптики значения такой величины практически неслыханны, поскольку значения LDT, скорее всего, будут порядка <1 Дж/см2, обычно ближе к 0,3 Дж/см2. Значительное изменение амплитуды ЛДТ при различной длительности импульса является результатом механизма лазерного повреждения, основанного на длительности импульса. Для наносекундных лазеров и болееимпульсные лазеры, основным механизмом, вызывающим повреждение, является термический нагрев. Материалы покрытия и подложкиоптические устройствапоглощать падающие фотоны и нагревать их. Это может привести к искажению кристаллической решетки материала. Термическое расширение, растрескивание, плавление и деформация решетки являются распространенными механизмами термического повреждения этих материалов.лазерные источники.
Однако для сверхбыстрых лазеров сама длительность импульса превышает время передачи тепла от лазера к решетке материала, поэтому тепловой эффект не является основной причиной лазерно-индуцированных повреждений. 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 сверхбыстрого импульса, потому что физический механизм повреждения другой. Следовательно, при одинаковых условиях использования (например, длине волны, длительности импульса и частоте повторения) оптическое устройство с достаточно высоким показателем LDT будет лучшим оптическим устройством для вашего конкретного применения. Оптика, протестированная в различных условиях, не отражает фактическую производительность одной и той же оптики в системе.
Рисунок 1: Механизмы лазерного повреждения при различной длительности импульса.
Время публикации: 24 июня 2024 г.