EinzigartigUltrakurzpulslaserTeil eins
Einzigartige Eigenschaften von ultraschnellenLaser
Die ultrakurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern verleiht diesen Systemen einzigartige Eigenschaften, die sie von Langpuls- oder Dauerstrichlasern (CW) unterscheiden. Zur Erzeugung eines so kurzen Pulses ist eine große Bandbreite erforderlich. Pulsform und zentrale Wellenlänge bestimmen die Mindestbandbreite zur Erzeugung von Pulsen einer bestimmten Dauer. Typischerweise wird diese Beziehung durch das Zeit-Bandbreiten-Produkt (TBP) beschrieben, das aus der Unschärferelation abgeleitet wird. Das TBP des Gauß-Pulses ergibt sich aus der folgenden Formel: TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ ist die Impulsdauer und Δv die Frequenzbandbreite. Die Gleichung zeigt im Wesentlichen, dass eine umgekehrte Beziehung zwischen Spektrumbandbreite und Impulsdauer besteht. Das bedeutet, dass mit abnehmender Impulsdauer die zur Impulserzeugung erforderliche Bandbreite zunimmt. Abbildung 1 veranschaulicht die erforderliche Mindestbandbreite für verschiedene Impulsdauern.
Abbildung 1: Erforderliche Mindestspektralbandbreite zur UnterstützungLaserpulsevon 10 ps (grün), 500 fs (blau) und 50 fs (rot)
Die technischen Herausforderungen ultraschneller Laser
Die große spektrale Bandbreite, die Spitzenleistung und die kurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern müssen in Ihrem System optimal berücksichtigt werden. Eine der einfachsten Lösungen für diese Herausforderungen ist oft die breitbandige Laserleistung. Wenn Sie bisher hauptsächlich Laser mit längeren Pulsen oder Dauerstrichlasern verwendet haben, können Ihre vorhandenen optischen Komponenten möglicherweise nicht die volle Bandbreite ultrakurzer Pulse reflektieren oder übertragen.
Laserzerstörschwelle
Ultrakurzpulsoptiken weisen zudem deutlich andere und schwieriger zu steuernde Laserzerstörschwellen (LDT) auf als konventionellere Laserquellen. Bei der Bereitstellung von Optiken fürNanosekunden-PulslaserDie LDT-Werte liegen üblicherweise im Bereich von 5–10 J/cm². Für ultraschnelle Optiken sind Werte dieser Größenordnung praktisch unbekannt, da LDT-Werte eher im Bereich <1 J/cm², meist um 0,3 J/cm², liegen. Die signifikante Variation der LDT-Amplitude bei unterschiedlichen Pulsdauern ist das Ergebnis des Laserschädigungsmechanismus, der auf der Pulsdauer basiert. Für Nanosekundenlaser oder längergepulste LaserDer Hauptmechanismus, der Schäden verursacht, ist die thermische Erwärmung. Die Beschichtungs- und Substratmaterialien deroptische Geräteabsorbieren die einfallenden Photonen und erhitzen sie. Dies kann zu einer Verzerrung des Kristallgitters des Materials führen. Thermische Ausdehnung, Rissbildung, Schmelzen und Gitterspannung sind die häufigsten thermischen Schadensmechanismen dieserLaserquellen.
Bei Ultrakurzpulslasern ist die Pulsdauer jedoch kürzer als die Wärmeübertragung vom Laser zum Materialgitter. Daher ist der thermische Effekt nicht die Hauptursache für laserinduzierte Schäden. Stattdessen transformiert die Spitzenleistung des Ultrakurzpulslasers den Schadensmechanismus in nichtlineare Prozesse wie Mehrphotonenabsorption und -ionisation. Daher ist es nicht möglich, die LDT-Bewertung eines Nanosekundenpulses einfach auf die eines Ultrakurzpulses zu reduzieren, da der physikalische Schadensmechanismus unterschiedlich ist. Daher ist ein optisches Gerät mit einer ausreichend hohen LDT-Bewertung unter gleichen Einsatzbedingungen (z. B. Wellenlänge, Pulsdauer und Wiederholungsrate) 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 der laserinduzierten Schädigung bei unterschiedlichen Pulsdauern
Veröffentlichungszeit: 24. Juni 2024