Natatanging ultrafast laser part one

Natatanginapakabilis na laserunang bahagi

Mga natatanging katangian ng ultrafastmga laser
Ang ultra-short pulse duration ng ultrafast lasers ay nagbibigay sa mga system na ito ng mga natatanging katangian na nagpapakilala sa kanila mula sa long-pulse o continuous-wave (CW) lasers. Upang makabuo ng tulad ng isang maikling pulso, isang malawak na spectrum bandwidth ay kinakailangan. Tinutukoy ng hugis ng pulso at gitnang wavelength ang minimum na bandwidth na kinakailangan upang makabuo ng mga pulso ng isang partikular na tagal. Karaniwan, ang kaugnayang ito ay inilalarawan sa mga tuntunin ng produkto ng time-bandwidth (TBP), na hinango sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan. Ang TBP ng Gaussian pulse ay ibinibigay ng sumusunod na formula :TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Ang Δτ ay ang tagal ng pulso at ang Δv ay ang frequency bandwidth. Sa esensya, ipinapakita ng equation na mayroong kabaligtaran na ugnayan sa pagitan ng spectrum bandwidth at tagal ng pulso, ibig sabihin habang bumababa ang tagal ng pulso, tumataas ang bandwidth na kinakailangan upang mabuo ang pulso na iyon. Ang Figure 1 ay naglalarawan ng minimum na bandwidth na kinakailangan upang suportahan ang ilang iba't ibang tagal ng pulso.

Figure 1: Minimum na parang multo na bandwidth na kinakailangan upang suportahanmga pulso ng laserng 10 ps (berde), 500 fs (asul), at 50 fs (pula)

Ang mga teknikal na hamon ng ultrafast lasers
Ang malawak na spectral bandwidth, peak power, at maikling pulse duration ng ultrafast lasers ay dapat na maayos na pinamamahalaan sa iyong system. Kadalasan, ang isa sa pinakasimpleng solusyon sa mga hamong ito ay ang malawak na spectrum na output ng mga laser. Kung pangunahin mong ginamit ang mas mahabang pulse o tuloy-tuloy na wave laser sa nakaraan, ang iyong kasalukuyang stock ng mga optical na bahagi ay maaaring hindi maipakita o maihatid ang buong bandwidth ng mga ultrafast pulse.

Ang limitasyon ng pinsala sa laser
Ang mga ultrafast na optika ay mayroon ding makabuluhang pagkakaiba at mas mahirap i-navigate ang mga limitasyon ng pinsala sa laser (LDT) kumpara sa mas karaniwang pinagmumulan ng laser. Kapag ang optika ay ibinigay para sananosecond pulsed lasers, ang mga halaga ng LDT ay karaniwang nasa pagkakasunud-sunod ng 5-10 J/cm2. Para sa ultrafast optics, ang mga value na ganito kalaki ay halos hindi naririnig, dahil ang mga halaga ng LDT ay mas malamang na nasa ayos na <1 J/cm2, kadalasang mas malapit sa 0.3 J/cm2. Ang makabuluhang pagkakaiba-iba ng amplitude ng LDT sa ilalim ng iba't ibang mga tagal ng pulso ay ang resulta ng mekanismo ng pinsala ng laser batay sa mga tagal ng pulso. Para sa nanosecond lasers o mas matagal papulsed lasers, ang pangunahing mekanismo na nagdudulot ng pinsala ay thermal heating. Ang mga materyal na patong at substrate ngmga optical devicesumipsip ng mga photon ng insidente at magpainit sa kanila. Ito ay maaaring humantong sa pagbaluktot ng kristal na sala-sala ng materyal. Ang thermal expansion, crack, melting at lattice strain ay ang karaniwang thermal damage mechanism ng mga itomga mapagkukunan ng laser.

Gayunpaman, para sa mga ultrafast laser, ang tagal ng pulso mismo ay mas mabilis kaysa sa sukat ng oras ng paglipat ng init mula sa laser patungo sa materyal na sala-sala, kaya hindi ang thermal effect ang pangunahing sanhi ng pinsalang dulot ng laser. Sa halip, binabago ng peak power ng ultrafast laser ang mekanismo ng pinsala sa mga nonlinear na proseso tulad ng multi-photon absorption at ionization. Ito ang dahilan kung bakit hindi posibleng paliitin lang ang LDT rating ng nanosecond pulse sa ultrafast pulse, dahil iba ang pisikal na mekanismo ng pinsala. Samakatuwid, sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng paggamit (hal., wavelength, tagal ng pulso, at rate ng pag-uulit), isang optical device na may sapat na mataas na LDT rating ang magiging pinakamahusay na optical device para sa iyong partikular na aplikasyon. Ang mga optika na nasubok sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay hindi kumakatawan sa aktwal na pagganap ng parehong mga optika sa system.

Figure 1: Mga mekanismo ng pinsalang dulot ng laser na may iba't ibang tagal ng pulso