Únicoláser ultrarrápidoprimera parte
Propiedades únicas de los ultrarrápidosláseres
La duración ultracorta del pulso de los láseres ultrarrápidos confiere a estos sistemas propiedades únicas que los distinguen de los láseres de pulso largo o de onda continua (OC). Para generar un pulso tan corto, se requiere un amplio ancho de banda de espectro. 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 se obtiene mediante la siguiente fórmula: TBP Gaussiano = 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; 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 necesario para soportar diferentes 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 pico 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 pulsos más largos o de onda continua, es posible que sus componentes ópticos actuales no puedan reflejar ni transmitir el ancho de banda completo de los pulsos ultrarrápidos.
Umbral de daño del láser
La óptica ultrarrápida también tiene umbrales de daño láser (LDT) significativamente diferentes y más difíciles de gestionar en comparación con las fuentes láser más convencionales. Cuando se proporciona óptica paraláseres pulsados de nanosegundosLos valores de LDT suelen estar en el orden de 5-10 J/cm². Para la óptica ultrarrápida, valores de esta magnitud son prácticamente inauditos, ya que es más probable que los valores de LDT sean del orden de <1 J/cm², generalmente cerca de 0,3 J/cm². La variación significativa de la amplitud de LDT con diferentes duraciones de pulso se debe al mecanismo de daño del láser basado en la duración del pulso. Para láseres de nanosegundos o más largosláseres pulsadosEl principal mecanismo que causa el daño es el calentamiento térmico. Los materiales de recubrimiento y sustrato del...dispositivos ópticosAbsorben los fotones incidentes y los calientan. Esto puede distorsionar la red cristalina del material. La expansión térmica, el agrietamiento, la fusión y la deformación reticular son los mecanismos comunes de daño térmico de estos.fuentes láser.
Sin embargo, en el caso de los láseres ultrarrápidos, la duración del pulso en sí misma es más rápida que la escala de tiempo de transferencia de calor del láser a la red del material, por lo que el efecto térmico no es la principal causa del daño inducido por el láser. En cambio, la potencia pico del láser ultrarrápido transforma el mecanismo de daño en procesos no lineales como la absorción multifotónica y la ionización. Por ello, no es posible limitar simplemente la clasificación LDT de un pulso de nanosegundos a la de un pulso ultrarrápido, ya que el mecanismo físico del daño es diferente. Por lo tanto, en las mismas condiciones de uso (p. ej., longitud de onda, duración del pulso y frecuencia de repetición), un dispositivo óptico con una clasificación LDT suficientemente alta será el mejor dispositivo óptico 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
Hora de publicación: 24 de junio de 2024