Exclusivolaser ultrarrápidoparte um
Propriedades únicas de ultra-rápidolasers
A duração ultracurta dos pulsos de lasers ultrarrápidos confere a esses sistemas propriedades únicas que os distinguem dos lasers de pulso longo ou de onda contínua (CW). Para gerar um pulso tão curto, é necessária uma ampla largura de banda espectral. O formato do pulso e o comprimento de onda central determinam a largura de banda mínima necessária para gerar pulsos de uma determinada duração. Tipicamente, essa relação é descrita em termos do produto tempo-largura de banda (TBP), que é derivado do princípio da incerteza. O TBP do pulso gaussiano é dado pela seguinte fórmula: TBPGaussiano = ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ é a duração do pulso e Δv é a largura de banda da frequência. Essencialmente, a equação mostra que existe uma relação inversa entre a largura de banda do espectro e a duração do pulso, o que significa que, à medida que a duração do pulso diminui, a largura de banda necessária para gerar esse pulso aumenta. A Figura 1 ilustra a largura de banda mínima necessária para suportar diversas durações de pulso.
Figura 1: Largura de banda espectral mínima necessária para suportarpulsos de laserde 10 ps (verde), 500 fs (azul) e 50 fs (vermelho)
Os desafios técnicos dos lasers ultrarrápidos
A ampla largura de banda espectral, a potência de pico e a curta duração do pulso dos lasers ultrarrápidos devem ser gerenciadas adequadamente em seu sistema. Frequentemente, uma das soluções mais simples para esses desafios é a emissão de amplo espectro dos lasers. Se você utilizou principalmente lasers de pulso longo ou de onda contínua no passado, seus componentes ópticos atuais podem não ser capazes de refletir ou transmitir toda a largura de banda dos pulsos ultrarrápidos.
Limiar de dano a laser
As ópticas ultrarrápidas também apresentam limiares de dano por laser (LDT) significativamente diferentes e mais difíceis de controlar em comparação com fontes de laser mais convencionais. Quando as ópticas são fornecidas paralasers pulsados de nanossegundosOs valores de LDT (capacidade de dano por laser) geralmente estão na ordem de 5 a 10 J/cm². Para óptica ultrarrápida, valores dessa magnitude são praticamente desconhecidos, já que os valores de LDT tendem a ser da ordem de <1 J/cm², geralmente mais próximos de 0,3 J/cm². A variação significativa da amplitude do LDT sob diferentes durações de pulso resulta do mecanismo de dano por laser baseado na duração do pulso. Para lasers de nanossegundos ou mais longos, a variação significativa da amplitude do LDT sob diferentes durações de pulso resulta em um mecanismo de dano por laser baseado na duração do pulso.lasers pulsadosO principal mecanismo que causa danos é o aquecimento térmico. Os materiais de revestimento e substrato dodispositivos ópticosAbsorvem os fótons incidentes e os aquecem. Isso pode levar à distorção da rede cristalina do material. Expansão térmica, fissuras, fusão e deformação da rede são os mecanismos comuns de danos térmicos nesses materiais.fontes de laser.
No entanto, para lasers ultrarrápidos, a duração do pulso em si é mais rápida do que a escala de tempo da transferência de calor do laser para a estrutura cristalina do material, portanto, o efeito térmico não é a principal causa de danos induzidos por laser. Em vez disso, a potência de pico do laser ultrarrápido transforma o mecanismo de dano em processos não lineares, como absorção multifotônica e ionização. É por isso que não é possível simplesmente reduzir a classificação LDT de um pulso de nanossegundos à de um pulso ultrarrápido, pois o mecanismo físico de dano é diferente. Portanto, sob as mesmas condições de uso (por exemplo, comprimento de onda, duração do pulso e taxa de repetição), um dispositivo óptico com uma classificação LDT suficientemente alta será o melhor dispositivo óptico para sua aplicação específica. Ópticas testadas sob diferentes condições não são representativas do desempenho real da mesma óptica no sistema.
Figura 1: Mecanismos de danos induzidos por laser com diferentes durações de pulso
Data da publicação: 24/06/2024