Laser ultrarrápido exclusivo, parte um

Exclusivolaser ultrarrápidoparte um

Propriedades únicas do ultra-rápidolasers
A duração ultracurta do pulso 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 ampla largura de banda de espectro. O formato do pulso e o comprimento de onda central determinam a largura de banda mínima necessária para gerar pulsos de uma duração específica. Normalmente, 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. 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 gerá-lo 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 gerenciadas adequadamente em seu sistema. Muitas vezes, uma das soluções mais simples para esses desafios é a saída de amplo espectro dos lasers. Se você utilizou principalmente lasers de pulso mais longo ou de onda contínua no passado, seu estoque atual de componentes ópticos pode não ser capaz de refletir ou transmitir toda a largura de banda dos pulsos ultrarrápidos.

Limiar de dano do laser
A óptica ultrarrápida também apresenta limiares de dano a 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 nanossegundosOs valores de LDT são geralmente da ordem de 5 a 10 J/cm². Para óptica ultrarrápida, valores dessa magnitude são praticamente desconhecidos, visto 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 é resultado do mecanismo de dano do laser baseado na duração do pulso. Para lasers de nanossegundos ou mais longoslasers pulsados, o 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 estrutura cristalina do material. Expansão térmica, rachaduras, fusão e deformação da estrutura são os mecanismos comuns de dano térmico desses materiais.fontes 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, portanto, 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 multifóton e ionização. É por isso que não é possível simplesmente restringir a classificação LDT de um pulso de nanossegundos à de um pulso ultrarrápido, porque 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 condições diferentes não são representativas do desempenho real da mesma óptica no sistema.

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