Độc nhấtlaser siêu nhanhphần một
Các đặc tính độc đáo của tốc độ siêu nhanhtia laser
Thời lượng xung cực ngắn của laser siêu nhanh mang lại cho các hệ thống này những đặc tính độc đáo, phân biệt chúng với laser xung dài hoặc laser 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 bằng tích thời gian-băng thông (TBP), được suy ra từ nguyên lý bất định. TBP của xung Gaussian được cho bởi công thức sau: TBPGaussian = ΔτΔν ≈ 0,441
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, nghĩa là khi thời lượng xung giảm, băng thông cần thiết để tạo ra xung đó tăng lên. 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 lasergồm 10 ps (xanh lá), 500 fs (xanh dương) và 50 fs (đỏ)
Những thách thức kỹ thuật của laser siêu nhanh
Băng thông quang phổ rộng, công suất đỉnh và thời lượng xung ngắn của laser siêu nhanh cần được quản lý đúng cách trong hệ thống của bạn. Thông thường, một trong những giải pháp đơn giản nhất cho những thách thức này là đầu ra quang phổ rộng của laser. Nếu trước đây bạn chủ yếu sử dụng laser xung dài hơn hoặc laser sóng liên tục, thì các linh kiện quang học hiện có của bạn có thể không phản xạ hoặc truyền tải được toàn bộ băng thông của các xung siêu nhanh.
Ngưỡng hư hỏng do tia laser
Các hệ quang học siêu nhanh cũng có ngưỡng hư hỏng do laser (LDT) khác biệt đáng kể và khó kiểm soát hơn so với các nguồn laser thông thường. Khi các hệ quang học được cung cấp cholaser xung nano giâyGiá trị LDT thường nằm trong khoảng 5-10 J/cm2. Đối với quang học siêu nhanh, các giá trị ở mức độ này hầu như không được biết đến, vì giá trị LDT thường nằm trong khoảng <1 J/cm2, thường gần hơn 0,3 J/cm2. Sự biến đổi đáng kể của biên độ LDT dưới các thời lượng xung khác nhau là kết quả của cơ chế hư hỏng do laser dựa trên thời lượng xung. Đối với laser nano giây hoặc dài hơnlaser xungCơ chế chính gây hư hỏng là do nhiệt lượng tỏa ra. Lớp phủ và vật liệu nền của...thiết bị quang họcChúng hấp thụ các photon tới và làm nóng chúng. Điều này có thể dẫn đến sự biến dạng của mạng tinh thể của vật liệu. Giãn nở nhiệt, nứt, nóng chảy và biến dạng mạng tinh thể là những cơ chế hư hỏng do nhiệt phổ biến của các vật liệu này.nguồn laser.
Tuy nhiên, đối với laser siêu nhanh, thời lượng xung nhanh hơn thang thời gian truyền nhiệt từ laser đến mạng tinh thể vật liệu, do đó hiệu ứng nhiệt không phải là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng do laser. Thay vào đó, công suất đỉnh của laser siêu nhanh biến đổi cơ chế hư hỏng thành các quá trình phi tuyến tính như hấp thụ đa photon và ion hóa. Đó là lý do tại sao không thể đơn giản thu hẹp mức độ chịu đựng hư hỏng do laser (LDT) của xung nano giây xuống mức của xung siêu nhanh, vì cơ chế vật lý gây hư hỏng là khác nhau. Do đó, trong cùng điều kiện sử dụng (ví dụ: bước sóng, thời lượng xung và tần số lặp lại), thiết bị quang học có mức LDT đủ cao sẽ là thiết bị quang học tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn. Các thiết bị quang học được thử nghiệm trong các điều kiện khác nhau không đại diện cho hiệu suất thực tế của cùng một thiết bị quang học đó trong hệ thống.
Hình 1: Cơ chế gây tổn thương do laser với các thời lượng xung khác nhau
Thời gian đăng bài: 24/06/2024