Einzigartigultraschneller LaserTeil eins
Einzigartige Eigenschaften von ultraschnellLaser
Die extrem kurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern verleiht diesen Systemen einzigartige Eigenschaften, die sie von Langpuls- oder Dauerstrichlasern (CW-Lasern) unterscheiden. Um einen so kurzen Puls zu erzeugen, ist eine große spektrale Bandbreite erforderlich. Die Pulsform und die zentrale Wellenlänge bestimmen die minimale Bandbreite, die zur Erzeugung von Pulsen einer bestimmten Dauer benötigt wird. Typischerweise wird dieser Zusammenhang durch das Zeit-Bandbreite-Produkt (TBP) beschrieben, das sich aus der Unschärferelation ableitet. Das TBP des Gauß-Pulses ist gegeben durch die folgende Formel: TBPGaussian = Δτ/Δν ≈ 0,441
Δτ ist die Pulsdauer und Δv die Frequenzbandbreite. Die Gleichung zeigt im Wesentlichen, dass zwischen Spektralbandbreite und Pulsdauer ein umgekehrtes Verhältnis besteht. Das bedeutet, dass mit abnehmender Pulsdauer die zur Erzeugung dieses Pulses benötigte Bandbreite zunimmt. Abbildung 1 veranschaulicht die minimale Bandbreite, die für verschiedene Pulsdauern erforderlich ist.
Abbildung 1: Minimale spektrale Bandbreite, die zur Unterstützung erforderlich istLaserimpulsevon 10 ps (grün), 500 fs (blau) und 50 fs (rot)
Die technischen Herausforderungen von Ultrakurzpulslasern
Die große spektrale Bandbreite, die hohe Spitzenleistung und die kurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern müssen in Ihrem System optimal berücksichtigt werden. Oftmals bietet die breite spektrale Ausgangsleistung von Lasern eine einfache Lösung für diese Herausforderungen. Falls Sie bisher hauptsächlich Laser mit längeren Pulsen oder Dauerstrichlaser eingesetzt haben, sind Ihre vorhandenen optischen Komponenten möglicherweise nicht in der Lage, die volle Bandbreite von Ultrakurzpulsen zu reflektieren oder zu transmittieren.
Laserschadensschwelle
Ultrakurzzeitoptiken weisen zudem deutlich andere und schwieriger zu handhabende Laserzerstörschwellen (LDT) auf als herkömmliche Laserquellen. Wenn Optiken fürNanosekunden-PulslaserLDT-Werte liegen üblicherweise in der Größenordnung von 5–10 J/cm². Für ultraschnelle Optiken sind Werte dieser Größenordnung praktisch unbekannt, da LDT-Werte eher in der Größenordnung von <1 J/cm² liegen, üblicherweise näher an 0,3 J/cm². Die signifikante Variation der LDT-Amplitude bei unterschiedlichen Pulsdauern ist auf einen Laserschädigungsmechanismus zurückzuführen, der von der Pulsdauer abhängt. Bei Nanosekundenlasern oder längeren Pulsdauern…gepulste LaserDer Hauptmechanismus, der Schäden verursacht, ist die thermische Erwärmung. Die Beschichtungs- und Substratmaterialien deroptische GeräteSie absorbieren die einfallenden Photonen und erhitzen sie. Dies kann zu einer Verzerrung des Kristallgitters des Materials führen. Wärmeausdehnung, Rissbildung, Schmelzen und Gitterverzerrung sind die häufigsten thermischen Schädigungsmechanismen dieser Materialien.Laserquellen.
Bei ultraschnellen Lasern ist die Pulsdauer kürzer als die Zeitskala des Wärmetransfers vom Laser zum Materialgitter. Daher ist der thermische Effekt nicht die Hauptursache für laserinduzierte Schäden. Stattdessen wandelt die Spitzenleistung des ultraschnellen Lasers den Schädigungsmechanismus in nichtlineare Prozesse wie Mehrphotonenabsorption und -ionisation um. Aus diesem Grund lässt sich die Laserzerstörschwelle (LDT) eines Nanosekundenpulses nicht einfach auf die eines ultraschnellen Pulses übertragen, da der physikalische Schädigungsmechanismus unterschiedlich ist. Unter gleichen Einsatzbedingungen (z. B. Wellenlänge, Pulsdauer und Wiederholrate) ist daher ein optisches Bauelement mit einer ausreichend hohen LDT-Schädigung das beste für Ihre spezifische Anwendung. Optiken, die unter verschiedenen Bedingungen getestet wurden, sind nicht repräsentativ für die tatsächliche Leistung derselben Optik im System.
Abbildung 1: Mechanismen laserinduzierter Schäden bei unterschiedlichen Pulsdauern
Veröffentlichungsdatum: 24. Juni 2024