Parte a laser ultra -rápida exclusiva

Exclusivolaser ultra -rápidoParte um

Propriedades únicas de ultrafastlasers
A duração do pulso ultra-curto dos lasers ultra-rápidos fornece a esses sistemas propriedades únicas que os distinguem de lasers de pulso longo ou de onda contínua (CW). Para gerar um pulso tão curto, é necessária uma largura de banda de ampla espectro. A forma do pulso e o comprimento de onda central determinam a largura de banda mínima necessária para gerar pulsos de uma duração específica. Normalmente, esse relacionamento é descrito em termos do produto de largura de bancada (TBP), que é derivado do princípio da incerteza. O TBP do pulso gaussiano é dado pela seguinte fórmula: tbpgaussian = Δτδν≈0.441
Δτ é a duração do pulso e ΔV é a largura de banda de frequência. Em essência, 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 várias durações de pulso diferentes.

Figura 1: Largura de banda espectral mínima necessária para apoiarpulsos a laserde 10 ps (verde), 500 fs (azul) e 50 fs (vermelho)

Os desafios técnicos dos lasers ultra -rápidos
A ampla largura de banda espectral, a potência de pico e a duração do pulso curto dos lasers ultra -rápidos devem ser gerenciados adequadamente em seu sistema. Freqüentemente, uma das soluções mais simples para esses desafios é a saída de amplo espectro de lasers. Se você usou principalmente lasers de pulso mais longo ou onda contínua no passado, seu estoque existente de componentes ópticos pode não ser capaz de refletir ou transmitir a largura de banda completa de pulsos ultra-rápidos.

Limiar de dano a laser
A óptica ultra -rápida também tem significativamente diferentes e mais difíceis de navegar limiares de danos a laser (LDT) em comparação com fontes mais convencionais a laser. Quando a óptica é fornecida paralasers pulsados ​​por nanossegundos, Os valores de LDT geralmente estão na ordem de 5-10 J/cm2. Para óptica ultra -rápida, os valores dessa magnitude são praticamente inéditos, pois os valores de LDT têm maior probabilidade de estar da ordem de <1 j/cm2, geralmente mais perto de 0,3 J/cm2. A variação significativa da amplitude do LDT sob diferentes durações de pulso é o resultado do mecanismo de dano a laser com base em durações de pulso. Para lasers de nanossegundos ou maislasers pulsados, o principal mecanismo que causa dano é o aquecimento térmico. Os materiais de revestimento e substrato dodispositivos ópticosabsorva os fótons incidentes e aqueça -os. Isso pode levar à distorção da rede de cristal do material. Expansão térmica, rachadura, fusão e tensão de treliça são os mecanismos comuns de dano térmico destesFontes a laser.

No entanto, para lasers ultra-rápidos, a duração do pulso em si é mais rápida que a escala de tempo de transferência de calor do laser para a rede de material, portanto o efeito térmico não é a principal causa de dano induzido por laser. Em vez disso, o pico de potência do laser ultra-rápido transforma o mecanismo de dano em processos não lineares, como absorção e ionização multi-fóton. É por isso que não é possível simplesmente restringir a classificação LDT de um pulso de nanossegundos ao de um pulso ultra -rápido, porque o mecanismo físico de dano é diferente. Portanto, nas 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 o seu aplicativo específico. A óptica testada em diferentes condições não é representativa do desempenho real da mesma óptica no sistema.

Figura 1: Mecanismos de dano induzido a laser com diferentes durações de pulso