Unicolaser ultraveloceprima parte
Proprietà uniche degli ultravelocilaser
La brevissima durata degli impulsi dei laser ultrarapidi conferisce a questi sistemi proprietà uniche che li distinguono dai laser a impulsi lunghi o a onda continua (CW). Per generare impulsi così brevi, è necessaria un'ampia larghezza di banda spettrale. La forma dell'impulso e la lunghezza d'onda centrale determinano la larghezza di banda minima richiesta per generare impulsi di una particolare durata. Tipicamente, questa relazione è descritta in termini di prodotto tempo-larghezza di banda (TBP), che deriva dal principio di indeterminazione. Il TBP dell'impulso gaussiano è dato dalla seguente formula: TBP(gaussiano) = ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ rappresenta la durata dell'impulso e Δv la larghezza di banda di frequenza. In sostanza, l'equazione mostra che esiste una relazione inversa tra la larghezza di banda spettrale e la durata dell'impulso, il che significa che al diminuire della durata dell'impulso, aumenta la larghezza di banda necessaria per generarlo. La Figura 1 illustra la larghezza di banda minima necessaria per supportare diverse durate di impulso.
Figura 1: Larghezza di banda spettrale minima richiesta per supportareimpulsi laserdi 10 ps (verde), 500 fs (blu) e 50 fs (rosso)
Le sfide tecniche dei laser ultrarapidi
L'ampia larghezza di banda spettrale, la potenza di picco e la breve durata degli impulsi dei laser ultrarapidi devono essere gestite correttamente nel sistema. Spesso, una delle soluzioni più semplici a queste sfide è l'emissione a spettro ampio dei laser. Se in passato avete utilizzato principalmente laser a impulsi più lunghi o a onda continua, il vostro parco di componenti ottici esistente potrebbe non essere in grado di riflettere o trasmettere l'intera larghezza di banda degli impulsi ultrarapidi.
Soglia di danno da laser
Le ottiche ultraveloci hanno anche soglie di danneggiamento laser (LDT) significativamente diverse e più difficili da gestire rispetto alle sorgenti laser più convenzionali. Quando le ottiche sono fornite perlaser a impulsi di nanosecondiI valori LDT sono generalmente dell'ordine di 5-10 J/cm2. Per le ottiche ultrarapide, valori di questa entità sono praticamente inauditi, poiché è più probabile che i valori LDT siano dell'ordine di <1 J/cm2, solitamente più vicini a 0,3 J/cm2. La variazione significativa dell'ampiezza LDT in base alla durata dell'impulso è il risultato del meccanismo di danneggiamento laser basato sulla durata dell'impulso. Per i laser a nanosecondi o più lunghilaser pulsati, il meccanismo principale che causa danni è il riscaldamento termico. I materiali di rivestimento e substrato deldispositivi otticiassorbono i fotoni incidenti e li riscaldano. Ciò può portare alla distorsione del reticolo cristallino del materiale. L'espansione termica, la fessurazione, la fusione e la deformazione del reticolo sono i meccanismi di danneggiamento termico comuni di questi materiali.sorgenti laser.
Tuttavia, per i laser ultrarapidi, la durata dell'impulso stesso è inferiore alla scala temporale del trasferimento di calore dal laser al reticolo del materiale, quindi l'effetto termico non è la causa principale del danno indotto dal laser. Piuttosto, la potenza di picco del laser ultrarapido trasforma il meccanismo di danneggiamento in processi non lineari come l'assorbimento multifotone e la ionizzazione. Questo è il motivo per cui non è possibile semplicemente ridurre il valore LDT di un impulso di nanosecondi a quello di un impulso ultrarapido, perché il meccanismo fisico del danneggiamento è diverso. Pertanto, nelle stesse condizioni di utilizzo (ad esempio, lunghezza d'onda, durata dell'impulso e frequenza di ripetizione), un dispositivo ottico con un valore LDT sufficientemente elevato sarà il dispositivo ottico migliore per la vostra specifica applicazione. Le ottiche testate in condizioni diverse non sono rappresentative delle prestazioni effettive delle stesse ottiche nel sistema.
Figura 1: Meccanismi di danno indotto dal laser con diverse durate dell'impulso
Data di pubblicazione: 24 giugno 2024