Únicoláser ultrarrápidoparte uno
Propiedades únicas de ultrarrastadoláser
La duración de pulso ultra corta de los láseres ultrarrápidos proporciona a estos sistemas propiedades únicas que los distinguen de láseres de ondas de pulso largo o de onda continua (CW). Para generar un pulso tan corto, se requiere un ancho de banda de espectro amplio. La forma del pulso y la longitud de onda central determinan el ancho de banda mínimo requerido para generar pulsos de una duración particular. Por lo general, esta relación se describe en términos del producto de ancho de banda de tiempo (TBP), que se deriva del principio de incertidumbre. El TBP del pulso gaussiano viene dado por la siguiente fórmula: tbpgaussian = Δτδν≈0.441
Δτ es la duración del pulso y ΔV es el ancho de banda de frecuencia. En esencia, la ecuación muestra que existe una relación inversa entre el ancho de banda del espectro y la duración del pulso, lo que significa que a medida que disminuye la duración del pulso, el ancho de banda requerido para generar ese pulso aumenta. La Figura 1 ilustra el ancho de banda mínimo requerido para admitir varias duraciones de pulso diferentes.
Figura 1: Se requiere un ancho de banda espectral mínimo para admitirpulsos láserde 10 ps (verde), 500 fs (azul) y 50 fs (rojo)
Los desafíos técnicos de los láseres ultrarrápidos
El ancho de banda espectral amplio, la potencia máxima y la duración de pulso corto de los láseres ultrarrápidos deben administrarse adecuadamente en su sistema. A menudo, una de las soluciones más simples para estos desafíos es la amplia salida del espectro de los láseres. Si ha utilizado principalmente láseres de pulso más largo o onda continua en el pasado, su stock existente de componentes ópticos puede no ser capaz de reflejar o transmitir el ancho de banda completo de los pulsos ultrarrápidos.
Umbral de daño con láser
La óptica ultrarrápida también tiene umbrales de daño láser (LDT) significativamente diferentes y más difíciles de navegar en comparación con fuentes láser más convencionales. Cuando se proporcionan óptica paraláseres pulsados de nanosegundos, Los valores de LDT generalmente están en el orden de 5-10 J/cm2. Para la óptica ultrarrápida, los valores de esta magnitud son prácticamente desconocidos, ya que los valores de LDT tienen más probabilidades de estar del orden de <1 J/cm2, generalmente más cerca de 0.3 J/cm2. La variación significativa de la amplitud de LDT bajo diferentes duraciones de pulso es el resultado del mecanismo de daño láser basado en duraciones de pulso. Para láseres de nanosegundos o másláseres pulsados, el mecanismo principal que causa daño es el calentamiento térmico. Los materiales de recubrimiento y sustrato deldispositivos ópticosAbsorbe los fotones del incidente y los calienta. Esto puede conducir a la distorsión de la red de cristal del material. La expansión térmica, el agrietamiento, la fusión y la tensión de la red son los mecanismos de daño térmico comunes de estosfuentes láser.
Sin embargo, para los láseres ultrarrápidos, la duración del pulso en sí es más rápida que la escala de tiempo de transferencia de calor del láser a la red material, por lo que el efecto térmico no es la causa principal del daño inducido por láser. En cambio, la potencia máxima del láser ultrarrápido transforma el mecanismo de daño en procesos no lineales, como la absorción de fotones múltiples y la ionización. Es por eso que no es posible reducir simplemente la clasificación LDT de un pulso de nanosegundos a la de un pulso ultrarrápido, porque el mecanismo físico de daño es diferente. Por lo tanto, en las mismas condiciones de uso (p. Ej., Longitud de onda, duración del pulso y tasa de repetición), un dispositivo óptico con una calificación LDT suficientemente alta será el mejor dispositivo óptico para su aplicación específica. La óptica probada en diferentes condiciones no es representativa del rendimiento real de la misma óptica en el sistema.
Figura 1: Mecanismos de daño inducido por láser con diferentes duraciones de pulso
Tiempo de publicación: junio 24-2024