Únicoláser ultrarrápidoprimera parte
Propiedades únicas de la ultrarrápidaláseres
La duración ultracorta de los pulsos de los láseres ultrarrápidos confiere a estos sistemas propiedades únicas que los distinguen de los láseres de pulso largo o de onda continua (CW). Para generar un pulso tan corto, se requiere un ancho de banda espectral amplio. La forma del pulso y la longitud de onda central determinan el ancho de banda mínimo necesario para generar pulsos de una duración determinada. Normalmente, esta relación se describe en términos del producto tiempo-ancho de banda (TBP), que se deriva del principio de incertidumbre. El TBP del pulso gaussiano viene dado por la siguiente fórmula: TBPgaussiano = 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 espectral y la duración del pulso; es decir, a medida que disminuye la duración del pulso, aumenta el ancho de banda necesario para generarlo. La figura 1 ilustra el ancho de banda mínimo requerido para admitir distintas duraciones de pulso.
Figura 1: Ancho de banda espectral mínimo requerido para soportarpulsos láserde 10 ps (verde), 500 fs (azul) y 50 fs (rojo)
Los desafíos técnicos de los láseres ultrarrápidos
El amplio ancho de banda espectral, la potencia máxima y la corta duración de pulso de los láseres ultrarrápidos deben gestionarse adecuadamente en su sistema. A menudo, una de las soluciones más sencillas a estos desafíos es la salida de amplio espectro de los láseres. Si anteriormente ha utilizado principalmente láseres de pulso largo o de onda continua, es posible que sus componentes ópticos actuales no sean capaces de reflejar o transmitir todo el ancho de banda de los pulsos ultrarrápidos.
umbral de daño láser
Los sistemas ópticos ultrarrápidos también presentan umbrales de daño láser (LDT) significativamente diferentes y más difíciles de controlar en comparación con las fuentes láser más convencionales. Cuando se proporcionan sistemas ópticos paraláseres pulsados de nanosegundosLos valores de LDT suelen estar en el orden de 5-10 J/cm². En óptica ultrarrápida, valores de esta magnitud son prácticamente inexistentes, ya que los valores de LDT suelen ser inferiores a 1 J/cm², generalmente cercanos a 0,3 J/cm². La variación significativa de la amplitud de LDT con diferentes duraciones de pulso se debe al mecanismo de daño láser basado en dichas duraciones. Para láseres de nanosegundos o de mayor duración, se requiere un mayor umbral de daño.láseres pulsadosEl principal mecanismo que causa daños es el calentamiento térmico. Los materiales de recubrimiento y sustrato deldispositivos ópticosAbsorben los fotones incidentes y los calientan. Esto puede provocar la distorsión de la red cristalina del material. La expansión térmica, el agrietamiento, la fusión y la deformación de la red son los mecanismos comunes de daño térmico en estos materiales.fuentes láser.
Sin embargo, en el caso de los láseres ultrarrápidos, la duración del pulso es menor que la escala temporal de la transferencia de calor del láser a la red cristalina del 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 multifotónica y la ionización. Por ello, no es posible simplemente extrapolar el umbral de daño inducido por láser (LDT) de un pulso de nanosegundos al de un pulso ultrarrápido, ya que el mecanismo físico del daño es diferente. En consecuencia, bajo las mismas condiciones de uso (por ejemplo, longitud de onda, duración del pulso y frecuencia de repetición), un dispositivo óptico con un LDT suficientemente alto será el más adecuado para su aplicación específica. Las ópticas probadas en diferentes condiciones no son representativas del rendimiento real de la misma óptica en el sistema.
Figura 1: Mecanismos de daño inducido por láser con diferentes duraciones de pulso
Fecha de publicación: 24 de junio de 2024