Laser siêu nhanh độc đáo Phần một

Độc nhấtLaser cực nhanhPhần một

Tính chất độc đáo của cực nhanhLaser
Thời gian xung cực ngắn của các laser cực nhanh cung cấp cho các hệ thống này các tính chất độc đáo để phân biệt chúng với các laser dài hoặc sóng liên tục (CW). Để tạo ra một xung ngắn như vậy, cần có băng thông phổ rộng. Hình dạng xung và bước sóng trung tâm xác định băng thông tối thiểu cần thiết để tạo các xung có thời lượng cụ thể. Thông thường, mối quan hệ này được mô tả dưới dạng sản phẩm băng thông thời gian (TBP), có nguồn gốc từ nguyên tắc không chắc chắn. TBP của xung Gaussian được đưa ra bởi công thức sau:
Δτ là thời lượng xung và ΔV là băng thông tần số. Về bản chất, phương trình cho thấy có mối quan hệ nghịch đảo giữa băng thông phổ và thời lượng xung, có nghĩa là khi thời gian của xung giảm, băng thông cần thiết để tạo ra xung tăng. Hình 1 minh họa băng thông tối thiểu cần thiết để hỗ trợ một số thời lượng xung khác nhau.

Hình 1: Băng thông quang phổ tối thiểu cần thiết để hỗ trợxung lasercủa 10 ps (màu xanh lá cây), 500 fs (màu xanh) và 50 fs (màu đỏ)

Những thách thức kỹ thuật của tia laser cực nhanh
Băng thông quang phổ rộng, công suất cực đại và thời gian xung ngắn của laser siêu nhanh phải được quản lý đúng trong hệ thống của bạn. Thông thường, một trong những giải pháp đơn giản nhất cho những thách thức này là đầu ra phổ rộng của laser. Nếu bạn chủ yếu sử dụng các laser xung hoặc sóng liên tục dài hơn trong quá khứ, kho thành phần quang hiện tại của bạn có thể không thể phản ánh hoặc truyền toàn bộ băng thông xung cực nhanh.

Ngưỡng thiệt hại laser
Quang học cực đoan cũng có các ngưỡng thiệt hại laser (LDT) khác nhau đáng kể và khó hơn so với các nguồn laser thông thường hơn. Khi quang học được cung cấp choLaser xung nano giây, Giá trị LDT thường theo thứ tự 5-10 J/cm2. Đối với quang học cực nhanh, các giá trị của cường độ này thực tế là chưa từng thấy, vì các giá trị LDT có nhiều khả năng theo thứ tự <1 J/cm2, thường gần với 0,3 J/cm2. Sự thay đổi đáng kể của biên độ LDT trong các thời lượng xung khác nhau là kết quả của cơ chế thiệt hại laser dựa trên thời lượng xung. Cho laser nano giây hoặc lâu hơnLaser xung, cơ chế chính gây ra thiệt hại là sưởi ấm nhiệt. Các vật liệu lớp phủ và cơ chất củaThiết bị quang họchấp thụ các photon tới và làm nóng chúng. Điều này có thể dẫn đến sự biến dạng của mạng tinh thể của vật liệu. Sự giãn nở nhiệt, nứt, tan chảy và căng mạng là các cơ chế thiệt hại nhiệt phổ biến của các cơ chế nàyNguồn laser.

Tuy nhiên, đối với các laser cực nhanh, thời gian xung nhanh hơn so với thang đo thời gian truyền nhiệt từ laser sang mạng vật liệu, do đó, hiệu ứng nhiệt không phải là nguyên nhân chính gây ra thiệt hại do laser. Thay vào đó, công suất cực đại của laser siêu nhanh biến đổi cơ chế thiệt hại thành các quá trình phi tuyến như hấp thụ và ion hóa đa photon. Đây là lý do tại sao không thể thu hẹp xếp hạng LDT của một xung nano giây so với xung cực nhanh, bởi vì cơ chế thiệt hại vật lý là khác nhau. Do đó, trong cùng điều kiện sử dụng (ví dụ, bước sóng, thời lượng xung và tốc độ lặp lại), một thiết bị quang có xếp hạng LDT đủ cao sẽ là thiết bị quang tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Quang học được thử nghiệm trong các điều kiện khác nhau không đại diện cho hiệu suất thực tế của cùng một quang học trong hệ thống.

Hình 1: Các cơ chế thiệt hại do laser gây ra với các thời lượng xung khác nhau