Natatanging Ultrafast Laser Part One

NatatangiUltrafast laserBahagi Isa

Mga natatanging katangian ng ultrafastlaser
Ang ultra-short na tagal ng pulso ng mga laser ng ultrafast ay nagbibigay sa mga sistemang ito ng mga natatanging katangian na nakikilala ang mga ito mula sa mga laser o tuluy-tuloy na alon (CW). Upang makabuo ng tulad ng isang maikling pulso, kinakailangan ang isang malawak na bandwidth ng spectrum. Ang hugis ng pulso at gitnang haba ng haba ay matukoy ang minimum na bandwidth na kinakailangan upang makabuo ng mga pulso ng isang partikular na tagal. Karaniwan, ang ugnayang ito ay inilarawan sa mga tuntunin ng produktong time-bandwidth (TBP), na nagmula sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan. Ang TBP ng pulso ng Gaussian ay ibinibigay ng sumusunod na pormula: tbpgaussian = ΔτΔν≈0.441
Ang Δτ ay ang tagal ng pulso at ang ΔV ay ang dalas ng bandwidth. Sa esensya, ang equation ay nagpapakita na mayroong isang kabaligtaran na relasyon sa pagitan ng spectrum bandwidth at tagal ng pulso, na nangangahulugang habang bumababa ang tagal ng pulso, ang bandwidth na kinakailangan upang makabuo ng pagtaas ng pulso na iyon. Inilalarawan ng Figure 1 ang minimum na bandwidth na kinakailangan upang suportahan ang maraming iba't ibang mga tibok ng pulso.

Larawan 1: Minimum na spectral bandwidth na kinakailangan upang suportahanLaser pulsesng 10 ps (berde), 500 fs (asul), at 50 fs (pula)

Ang mga teknikal na hamon ng mga laser ng ultrafast
Ang malawak na spectral bandwidth, peak power, at maikling tibok ng tibok ng mga ultrafast laser ay dapat na maayos na pinamamahalaan sa iyong system. Kadalasan, ang isa sa mga pinakasimpleng solusyon sa mga hamong ito ay ang malawak na output ng spectrum ng mga laser. Kung pangunahing ginamit mo ang mas mahabang pulso o tuluy-tuloy na mga laser sa nakaraan, ang iyong umiiral na stock ng mga optical na sangkap ay maaaring hindi maipakita o maipadala ang buong bandwidth ng mga ultrafast pulses.

Ang threshold ng pinsala sa laser
Ang mga ultrafast optika ay mayroon ding makabuluhang naiiba at mas mahirap na mag -navigate ng mga threshold ng pinsala sa laser (LDT) kumpara sa mas maginoo na mga mapagkukunan ng laser. Kapag ang mga optika ay ibinibigay para saNanosecond pulsed lasers, Ang mga halaga ng LDT ay karaniwang nasa pagkakasunud-sunod ng 5-10 J/cm2. Para sa mga ultrafast optika, ang mga halaga ng magnitude na ito ay halos hindi naririnig, dahil ang mga halaga ng LDT ay mas malamang na nasa pagkakasunud -sunod ng <1 j/cm2, karaniwang mas malapit sa 0.3 J/cm2. Ang makabuluhang pagkakaiba -iba ng LDT amplitude sa ilalim ng iba't ibang mga tibok ng pulso ay ang resulta ng mekanismo ng pinsala sa laser batay sa mga tagal ng pulso. Para sa nanosecond laser o mas mahabapulsed laser, ang pangunahing mekanismo na nagdudulot ng pinsala ay thermal heating. Ang mga patong at substrate na materyales ngmga optical na aparatosumipsip ng mga photon ng insidente at painitin ang mga ito. Maaari itong humantong sa pagbaluktot ng kristal na lattice ng materyal. Ang pagpapalawak ng thermal, pag -crack, pagtunaw at lattice strain ay ang karaniwang mga mekanismo ng pagkasira ng thermal ng mga itoMga mapagkukunan ng laser.

Gayunpaman, para sa mga ultrafast laser, ang tagal ng tibok mismo ay mas mabilis kaysa sa oras ng scale ng paglipat ng init mula sa laser hanggang sa materyal na sala-sala, kaya ang thermal effect ay hindi ang pangunahing sanhi ng pinsala sa laser. Sa halip, ang lakas ng rurok ng ultrafast laser ay nagbabago ng mekanismo ng pinsala sa mga nonlinear na proseso tulad ng pagsipsip ng multi-photon at ionization. Ito ang dahilan kung bakit hindi posible na simpleng paliitin ang rating ng LDT ng isang nanosecond pulse sa isang ultrafast pulse, dahil naiiba ang pisikal na mekanismo ng pinsala. Samakatuwid, sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng paggamit (halimbawa, haba ng haba, tagal ng tibok, at rate ng pag -uulit), ang isang optical na aparato na may sapat na mataas na rating ng LDT ay ang pinakamahusay na optical na aparato para sa iyong tukoy na aplikasyon. Ang mga optika na nasubok sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay hindi kinatawan ng aktwal na pagganap ng parehong optika sa system.

Larawan 1: Mga mekanismo ng laser sapilitan pinsala na may iba't ibang mga tibok ng pulso