Únicoláser ultrarrápidoprimera parte
Propiedades únicas de ultrarrápidoláseres
La duración del pulso ultracorto 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 de amplio espectro. La forma del pulso y la longitud de onda central determinan el ancho de banda mínimo requerido para generar pulsos de una duración particular. 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: 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, aumenta el ancho de banda requerido para generar ese pulso. La Figura 1 ilustra el ancho de banda mínimo requerido para admitir varias duraciones de pulso diferentes.
Figura 1: Ancho de banda espectral mínimo requerido para admitirpulsos 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 del pulso de los láseres ultrarrápidos deben gestionarse adecuadamente en su sistema. A menudo, una de las soluciones más simples a estos desafíos es la producción de láseres de amplio espectro. Si en el pasado ha utilizado principalmente láseres de pulso más largo o de onda continua, es posible que su stock actual de componentes ópticos no pueda reflejar o transmitir todo el ancho de banda 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 navegar en comparación con las fuentes láser más convencionales. Cuando se proporcionan ópticasLáseres pulsados de nanosegundos., los valores de LDT suelen ser del 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 LDT sean del orden de <1 J/cm2, generalmente más cercanos a 0,3 J/cm2. La variación significativa de la amplitud del LDT bajo diferentes duraciones de pulso es el resultado del mecanismo de daño del láser basado en la duración del pulso. Para láseres de nanosegundos o másláseres pulsados, el principal mecanismo que causa daño es el calentamiento térmico. Los materiales de revestimiento y sustrato de ladispositivos ópticosabsorber los fotones incidentes y calentarlos. Esto puede provocar una 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 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 del material, por lo que el efecto térmico no es la causa principal del daño inducido por el láser. En cambio, la potencia máxima del láser ultrarrápido transforma el mecanismo de daño en procesos no lineales como la absorción de múltiples fotones y la ionización. Esta es la razón por la que no es posible limitar simplemente la calificación LDT de un pulso de nanosegundos a la de un pulso ultrarrápido, porque el mecanismo físico del daño es diferente. Por lo tanto, bajo las mismas condiciones de uso (por ejemplo, longitud de onda, duración del pulso y tasa 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