Edinstveni ultrahitri laser prvi del

Edinstvenaultra hiter laserprvi del

Edinstvene lastnosti ultrafastlaserji
Ultra-kratko trajanje impulza ultrahitrih laserjev daje tem sistemom edinstvene lastnosti, po katerih se razlikujejo od laserjev z dolgimi impulzi ali laserji z neprekinjenimi valovi (CW). Za ustvarjanje tako kratkega impulza je potrebna široka pasovna širina spektra. Oblika impulza in osrednja valovna dolžina določata minimalno pasovno širino, potrebno za ustvarjanje impulzov določenega trajanja. Običajno je to razmerje opisano z zmnožkom časovne pasovne širine (TBP), ki izhaja iz načela negotovosti. TBP Gaussovega impulza je podan z naslednjo formulo: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ je trajanje impulza in Δv je frekvenčna pasovna širina. V bistvu enačba kaže, da obstaja obratno razmerje med pasovno širino spektra in trajanjem impulza, kar pomeni, da ko se trajanje impulza zmanjša, se pasovna širina, potrebna za ustvarjanje tega impulza, poveča. Slika 1 prikazuje minimalno pasovno širino, potrebno za podporo več različnih trajanja impulza.

Slika 1: Najmanjša spektralna pasovna širina, potrebna za podporolaserski impulzi10 ps (zelena), 500 fs (modra) in 50 fs (rdeča)

Tehnični izzivi ultrahitrih laserjev
V vašem sistemu je treba pravilno upravljati široko spektralno pasovno širino, največjo moč in kratko trajanje impulza ultrahitrih laserjev. Pogosto je ena najpreprostejših rešitev za te izzive širokospektralni izhod laserjev. Če ste v preteklosti uporabljali predvsem laserje z daljšimi impulzi ali neprekinjenimi valovi, vaše obstoječe zaloge optičnih komponent morda ne bodo mogle odbiti ali prenesti celotne pasovne širine ultrahitrih impulzov.

Prag laserske poškodbe
Ultrahitra optika ima tudi bistveno drugačne pragove laserske poškodbe (LDT) in težje krmariti v primerjavi z bolj običajnimi laserskimi viri. Ko je predvidena optikananosekundni impulzni laserji, so vrednosti LDT običajno reda 5-10 J/cm2. Za ultrahitro optiko so vrednosti te velikosti praktično nezaslišane, saj so vrednosti LDT bolj verjetno reda <1 J/cm2, običajno bližje 0,3 J/cm2. Pomembna sprememba amplitude LDT pri različnih trajanjih impulza je posledica mehanizma laserske poškodbe, ki temelji na trajanju impulza. Za nanosekundne laserje ali dljeimpulzni laserji, glavni mehanizem, ki povzroča poškodbe, je toplotno segrevanje. Materiali za prevleko in substratoptične napraveabsorbira vpadne fotone in jih segreje. To lahko privede do popačenja kristalne mreže materiala. Toplotna ekspanzija, razpoke, taljenje in napetost mreže so običajni mehanizmi toplotnih poškodb tehlaserski viri.

Vendar pa je pri ultra hitrih laserjih samo trajanje impulza krajše od časovne lestvice prenosa toplote od laserja do rešetke materiala, tako da toplotni učinek ni glavni vzrok za poškodbe, ki jih povzroči laser. Namesto tega največja moč ultrahitrega laserja spremeni mehanizem poškodb v nelinearne procese, kot sta večfotonska absorpcija in ionizacija. Zato ni mogoče preprosto zožiti ocene LDT nanosekundnega impulza na ultrahiter impulz, ker je fizični mehanizem poškodb drugačen. Zato bo pod enakimi pogoji uporabe (npr. valovna dolžina, trajanje impulza in stopnja ponavljanja) optična naprava z dovolj visoko oceno LDT najboljša optična naprava za vašo specifično aplikacijo. Optika, testirana v različnih pogojih, ne predstavlja dejanske zmogljivosti iste optike v sistemu.

Slika 1: Mehanizmi lasersko povzročene poškodbe z različnimi trajanji impulza