Độc nhấttia laser cực nhanhphần một
Tính chất độc đáo của cực nhanhtia laser
Khoảng thời gian xung cực ngắn của laser cực nhanh mang lại cho các hệ thống này những đặc tính độc đáo giúp phân biệt chúng với laser xung dài hoặc sóng liên tục (CW). Để tạo ra 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 ra các xung có thời lượng cụ thể. Thông thường, mối quan hệ này được mô tả dưới dạng tích băng thông thời gian (TBP), bắt nguồn từ nguyên lý bất định. TBP của xung Gaussian được tính theo công thức sau: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ là độ dài 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 độ rộng xung, nghĩa là khi độ rộng của xung giảm thì băng thông cần thiết để tạo ra xung đó sẽ tăng lên. Hình 1 minh họa băng thông tối thiểu cần thiết để hỗ trợ một số khoảng thời gian xung khác nhau.
Hình 1: Băng thông phổ tối thiểu cần thiết để hỗ trợxung laserlà 10 ps (xanh lục), 500 fs (xanh lam) và 50 fs (đỏ)
Những thách thức kỹ thuật của laser cực nhanh
Băng thông phổ rộng, công suất cực đại và thời lượng xung ngắn của laser cực nhanh phải được quản lý hợp lý trong hệ thống của bạn. Thông thường, một trong những giải pháp đơn giản nhất cho những thách thức này là phát ra phổ rộng của tia laser. Nếu trước đây bạn chủ yếu sử dụng laser xung dài hơn hoặc laser sóng liên tục thì kho linh kiện quang học hiện có của bạn có thể không thể phản xạ hoặc truyền toàn bộ băng thông của các xung cực nhanh.
Ngưỡng sát thương của tia laser
Quang học cực nhanh cũng có ngưỡng phá hủy laser (LDT) khác biệt đáng kể và khó điều hướng hơn so với các nguồn laser thông thường hơn. Khi quang học được cung cấp cholaser xung nano giây, giá trị LDT thường ở mức 5-10 J/cm2. Đối với quang học cực nhanh, các giá trị có cường độ này thực tế chưa từng được biết đến, vì các giá trị LDT thường ở mức <1 J/cm2, thường gần hơn với 0,3 J/cm2. Sự thay đổi đáng kể của biên độ LDT trong các khoảng thời gian xung khác nhau là kết quả của cơ chế phá hủy tia laser dựa trên thời lượng xung. Đối với laser nano giây hoặc lâu hơnlaser xung, cơ chế chính gây hư hỏng là do nhiệt. Vật liệu phủ và nền 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, nóng chảy và biến dạng mạng là những cơ chế phá hủy nhiệt phổ biến của chúng.nguồn laser.
Tuy nhiên, đối với laser cực nhanh, bản thân thời lượng xung nhanh hơn thang thời gian truyền nhiệt từ laser sang mạng vật liệu, do đó hiệu ứng nhiệt không phải là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng do laser gây ra. Thay vào đó, công suất cực đại của tia laser cực nhanh sẽ biến cơ chế gây tổn hại thành các quá trình phi tuyến như hấp thụ và ion hóa đa photon. Đây là lý do tại sao không thể đơn giản thu hẹp mức LDT của xung nano giây xuống mức LDT của xung cực nhanh, bởi vì cơ chế hư hỏng 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), thiết bị quang học có xếp hạng LDT đủ cao sẽ là thiết bị quang học 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: Cơ chế gây ra tổn thương do tia laser với các khoảng thời gian phát xung khác nhau
Thời gian đăng: 24-06-2024