Laser ultraveloce unico parte uno

Unicolaser ultraveloceparte prima

Proprietà uniche dell'ultravelocelaser
La durata ultrabreve dell'impulso dei laser ultraveloci conferisce a questi sistemi proprietà uniche che li distinguono dai laser a impulso lungo o a onda continua (CW). Per generare un impulso così breve, è necessaria un'ampia larghezza di banda spettrale. La forma dell'impulso e la lunghezza d'onda centrale determinano la larghezza di banda minima necessaria per generare impulsi di una determinata durata. Tipicamente, questa relazione è descritta in termini di prodotto tempo-larghezza di banda (TBP), derivato dal principio di indeterminazione. Il TBP dell'impulso gaussiano è dato dalla seguente formula: TBPGaussiano=ΔτΔν≈0,441
Δτ è la durata dell'impulso e Δv è la larghezza di banda in frequenza. In sostanza, l'equazione mostra che esiste una relazione inversa tra la larghezza di banda dello spettro e la durata dell'impulso, il che significa che al diminuire della durata dell'impulso, la larghezza di banda necessaria per generarlo aumenta. La Figura 1 illustra la larghezza di banda minima necessaria per supportare diverse durate dell'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 ultraveloci
L'ampia larghezza di banda spettrale, la potenza di picco e la breve durata degli impulsi dei laser ultraveloci devono essere gestite correttamente nel vostro sistema. Spesso, una delle soluzioni più semplici a queste sfide è l'ampio spettro di uscita dei laser. Se in passato avete utilizzato principalmente laser a impulsi più lunghi o a onda continua, il vostro attuale parco di componenti ottici potrebbe non essere in grado di riflettere o trasmettere l'intera larghezza di banda degli impulsi ultraveloci.

Soglia di danno laser
Le ottiche ultraveloci presentano inoltre soglie di danno laser (LDT) significativamente diverse e più difficili da gestire rispetto alle sorgenti laser più convenzionali. Quando vengono fornite ottiche perlaser pulsati a nanosecondiI valori di LDT sono solitamente nell'ordine di 5-10 J/cm². Per l'ottica ultraveloce, valori di questa entità sono praticamente sconosciuti, poiché è più probabile che i valori di LDT siano nell'ordine di <1 J/cm², solitamente più vicini a 0,3 J/cm². La significativa variazione dell'ampiezza di LDT a diverse durate degli impulsi è il risultato del meccanismo di danneggiamento del laser basato sulla durata degli impulsi. Per laser a nanosecondi o più lunghilaser pulsati, il meccanismo principale che causa danni è il riscaldamento termico. I materiali di rivestimento e di substrato deldispositivi otticiassorbono i fotoni incidenti e li riscaldano. Questo può portare alla distorsione del reticolo cristallino del materiale. Dilatazione termica, fessurazione, fusione e deformazione del reticolo sono i meccanismi di danno termico più comuni di questi materiali.sorgenti laser.

Tuttavia, per i laser ultraveloci, la durata dell'impulso stesso è più veloce della 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 ultraveloce trasforma il meccanismo di danno in processi non lineari come l'assorbimento e la ionizzazione multifotonica. Per questo motivo non è possibile restringere semplicemente il valore LDT di un impulso di nanosecondi a quello di un impulso ultraveloce, poiché il meccanismo fisico del danno è diverso. Pertanto, a parità di condizioni d'uso (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 degli impulsi