Einzigartiger ultraschneller Laser Teil eins

Einzigartigultraschneller LaserTeil eins

Einzigartige Eigenschaften von UltrafastLaser
Die ultrakurze Pulsdauer ultraschneller Laser verleiht diesen Systemen einzigartige Eigenschaften, die sie von Langpuls- oder Dauerstrichlasern (CW) unterscheiden. Um einen so kurzen Impuls zu erzeugen, ist eine große Spektrumsbandbreite erforderlich. Die Impulsform und die zentrale Wellenlänge bestimmen die Mindestbandbreite, die zur Erzeugung von Impulsen einer bestimmten Dauer erforderlich ist. Typischerweise wird diese Beziehung anhand des Zeit-Bandbreiten-Produkts (TBP) beschrieben, das aus dem Unsicherheitsprinzip abgeleitet wird. Der TBP des Gaußschen Impulses ergibt sich aus der folgenden Formel: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ ist die Pulsdauer und Δv ist die Frequenzbandbreite. Im Wesentlichen zeigt die Gleichung, dass es eine umgekehrte Beziehung zwischen der Spektrumsbandbreite und der Impulsdauer gibt, was bedeutet, dass mit abnehmender Dauer des Impulses die zur Erzeugung dieses Impulses erforderliche Bandbreite zunimmt. Abbildung 1 zeigt die Mindestbandbreite, die zur Unterstützung mehrerer unterschiedlicher Impulsdauern erforderlich ist.

Abbildung 1: Zur Unterstützung erforderliche minimale spektrale BandbreiteLaserpulsevon 10 ps (grün), 500 fs (blau) und 50 fs (rot)

Die technischen Herausforderungen ultraschneller Laser
Die große spektrale Bandbreite, Spitzenleistung und kurze Pulsdauer ultraschneller Laser müssen in Ihrem System ordnungsgemäß verwaltet werden. Eine der einfachsten Lösungen für diese Herausforderungen ist oft die Breitspektrum-Leistung von Lasern. Wenn Sie in der Vergangenheit hauptsächlich Laser mit längeren Pulsen oder Dauerstrichlasern verwendet haben, ist Ihr vorhandener Bestand an optischen Komponenten möglicherweise nicht in der Lage, die gesamte Bandbreite ultraschneller Pulse zu reflektieren oder zu übertragen.

Laser-Schadensschwelle
Ultraschnelle Optiken weisen im Vergleich zu konventionelleren Laserquellen auch deutlich andere und schwieriger zu steuernde Laserzerstörschwellen (LDT) auf. Wenn für Optik gesorgt istNanosekunden-gepulste Laser, LDT-Werte liegen normalerweise in der Größenordnung von 5-10 J/cm2. Bei ultraschnellen Optiken sind Werte dieser Größenordnung praktisch unbekannt, da LDT-Werte eher in der Größenordnung von <1 J/cm2 liegen, normalerweise näher bei 0,3 J/cm2. Die signifikante Variation der LDT-Amplitude bei unterschiedlichen Pulsdauern ist das Ergebnis eines Laserschädigungsmechanismus basierend auf der Pulsdauer. Für Nanosekundenlaser oder längergepulste LaserDer Hauptmechanismus, der Schäden verursacht, ist die thermische Erwärmung. Die Beschichtungs- und Trägermaterialien deroptische Geräteabsorbieren die einfallenden Photonen und erhitzen sie. Dies kann zu einer Verzerrung des Kristallgitters des Materials führen. Wärmeausdehnung, Rissbildung, Schmelzen und Gitterspannung sind die häufigsten thermischen Schadensmechanismen dieser StoffeLaserquellen.

Allerdings ist bei ultraschnellen Lasern die Pulsdauer selbst schneller als die Zeitskala der Wärmeübertragung vom Laser zum Materialgitter, sodass der thermische Effekt nicht die Hauptursache für laserinduzierte Schäden ist. Stattdessen wandelt die Spitzenleistung des ultraschnellen Lasers den Schadensmechanismus in nichtlineare Prozesse wie Multiphotonenabsorption und Ionisierung um. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die LDT-Bewertung eines Nanosekundenpulses einfach auf die eines ultraschnellen Pulses einzugrenzen, da der physikalische Schadensmechanismus ein anderer ist. Daher ist unter den gleichen Einsatzbedingungen (z. B. Wellenlänge, Impulsdauer und Wiederholungsrate) ein optisches Gerät mit einer ausreichend hohen LDT-Bewertung das beste optische Gerät für Ihre spezifische Anwendung. Unter unterschiedlichen Bedingungen getestete Optiken sind nicht repräsentativ für die tatsächliche Leistung derselben Optik im System.

Abbildung 1: Mechanismen laserinduzierter Schäden bei unterschiedlichen Pulsdauern