Laser ultrarrápido exclusivo, parte um

Exclusivolaser ultrarrápidoparte um

Propriedades únicas de ultrarrápidolaser
A duração do pulso ultracurto dos 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 largura de banda de amplo 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, esta 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: 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 diversas durações de pulso diferentes.

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 gerenciados adequadamente em seu sistema. Freqüentemente, uma das soluções mais simples para esses desafios é a produção de amplo espectro dos lasers. Se você usou principalmente lasers de pulso mais longo ou de onda contínua no passado, seu estoque existente de componentes ópticos pode não ser capaz de refletir ou transmitir toda a largura de banda dos pulsos ultrarrápidos.

Limite de dano do laser
A óptica ultrarrápida também tem limites de dano ao laser (LDT) significativamente diferentes e mais difíceis de navegar em comparação com fontes de laser mais convencionais. Quando a óptica é fornecida paralasers pulsados ​​​​de nanossegundos, os valores de LDT são geralmente da ordem de 5-10 J/cm2. Para óptica ultrarrápida, valores desta magnitude são praticamente inéditos, já que os valores de LDT são mais prováveis ​​de serem 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 é o resultado do mecanismo de dano do laser baseado nas durações dos pulsos. Para lasers de nanossegundos ou maislasers pulsados, o principal mecanismo causador de danos é o aquecimento térmico. Os materiais de revestimento e substrato dodispositivos ópticosabsorver os fótons incidentes e aquecê-los. Isso pode levar à distorção da estrutura cristalina do material. Expansão térmica, fissuração, fusão e deformação da rede são os mecanismos comuns de dano térmico destesfontes de laser.

No entanto, para lasers ultrarrápidos, a duração do pulso em si é mais rápida do que a escala de tempo de transferência de calor do laser para a estrutura do material, de modo que o efeito térmico não é a principal causa dos danos induzidos pelo laser. Em vez disso, a potência de pico do laser ultrarrápido transforma o mecanismo de dano em processos não lineares, como absorção e ionização de múltiplos fótons. É por isso que não é possível simplesmente reduzir a classificação LDT de um pulso de nanossegundos à de um pulso ultrarrápido, porque o mecanismo físico do 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. As ópticas testadas sob diferentes condições não são representativas do desempenho real da mesma óptica no sistema.

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