Natatanging ultrafast laser unang bahagi

Natatanginapakabilis na laserunang bahagi

Mga natatanging katangian ng ultrafastmga laser
Ang ultra-short pulse duration ng mga ultrafast laser ay nagbibigay sa mga sistemang ito ng mga natatanging katangian na nagpapaiba sa kanila mula sa mga long-pulse o continuous-wave (CW) laser. Upang makabuo ng ganitong maikling pulse, kinakailangan ang isang malawak na spectrum bandwidth. Ang hugis ng pulse at central wavelength ang tumutukoy sa minimum na bandwidth na kinakailangan upang makabuo ng mga pulse ng isang partikular na tagal. Kadalasan, ang ugnayang ito ay inilalarawan sa mga tuntunin ng time-bandwidth product (TBP), na hinango mula sa prinsipyo ng kawalang-katiyakan. Ang TBP ng Gaussian pulse ay ibinibigay ng sumusunod na pormula: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Ang Δτ ay ang tagal ng pulso at ang Δv ay ang bandwidth ng dalas. Sa esensya, ipinapakita ng ekwasyon na mayroong kabaligtaran na ugnayan sa pagitan ng bandwidth ng spectrum at tagal ng pulso, ibig sabihin habang bumababa ang tagal ng pulso, tumataas ang bandwidth na kinakailangan upang mabuo ang pulsong iyon. Inilalarawan ng Figure 1 ang minimum na bandwidth na kinakailangan upang suportahan ang ilang iba't ibang tagal ng pulso.

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

Ang mga teknikal na hamon ng mga ultrafast laser
Ang malawak na spectral bandwidth, peak power, at maikling pulse duration ng mga ultrafast laser ay dapat na maayos na mapamahalaan sa iyong system. Kadalasan, ang isa sa mga pinakasimpleng solusyon sa mga hamong ito ay ang broad spectrum output ng mga laser. Kung dati ka nang gumagamit ng mas mahabang pulse o continuous-wave laser, ang iyong kasalukuyang stock ng mga optical component ay maaaring hindi kayang i-reflect o i-transmit ang buong bandwidth ng mga ultrafast pulse.

Hangganan ng pinsala sa laser
Ang mga ultrafast optics ay mayroon ding makabuluhang pagkakaiba at mas mahirap i-navigate na laser damage thresholds (LDT) kumpara sa mas kumbensyonal na mga pinagmumulan ng laser. Kapag ang mga optika ay ibinibigay para samga nanosecond pulsed laser, ang mga halaga ng LDT ay karaniwang nasa hanay na 5-10 J/cm2. Para sa mga ultrafast optics, ang mga halaga ng ganitong magnitude ay halos hindi pa naririnig, dahil ang mga halaga ng LDT ay mas malamang na nasa hanay 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 tagal ng pulso ay resulta ng mekanismo ng pinsala ng laser batay sa mga tagal ng pulso. Para sa mga nanosecond laser o mas matagal pamga pulsed laser, ang pangunahing mekanismo na nagdudulot ng pinsala ay ang thermal heating. Ang mga materyales sa patong at substrate ngmga aparatong optikalsinisipsip ang mga incident photon at iniinit ang mga ito. Maaari itong humantong sa pagbaluktot ng crystal lattice ng materyal. Ang thermal expansion, cracking, melting at lattice strain ang mga karaniwang mekanismo ng thermal damage ng mga ito.mga pinagmumulan ng laser.

Gayunpaman, para sa mga ultrafast laser, ang tagal ng pulso mismo ay mas mabilis kaysa sa time scale ng paglipat ng init mula sa laser patungo sa material lattice, kaya ang thermal effect ay hindi ang pangunahing sanhi ng pinsalang dulot ng laser. Sa halip, ang peak power ng ultrafast laser ay binabago ang mekanismo ng pinsala tungo sa mga nonlinear na proseso tulad ng multi-photon absorption at ionization. Ito ang dahilan kung bakit hindi posibleng paliitin lamang ang LDT rating ng isang nanosecond pulse sa isang ultrafast pulse, dahil ang pisikal na mekanismo ng pinsala ay magkakaiba. Samakatuwid, sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng paggamit (hal., wavelength, tagal ng pulso, at repetition rate), ang 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 sinubukan sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay hindi kumakatawan sa aktwal na pagganap ng parehong mga optika sa sistema.

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