Primeira parte láser ultra

ÚnicoLáser ultravésPrimeira parte

Propiedades únicas de ultraláseres
A duración do pulso ultra-curto de láseres ultravisos ofrece a estes sistemas propiedades únicas que os distinguen dos láseres de pulso longo ou de onda continua (CW). Para xerar un pulso tan curto, é necesario un ancho de banda de espectro amplo. A forma de pulso e a lonxitude de onda central determinan o ancho de banda mínimo necesario para xerar pulsos dunha determinada duración. Normalmente, esta relación descríbese en termos do produto de ancho de banda (TBP), que se deriva do principio de incerteza. O TBP do pulso gaussiano vén dado pola seguinte fórmula: tbpgaussian = δτδν≈0.441
Δτ é a duración do pulso e ΔV é o ancho de banda de frecuencias. En esencia, a ecuación demostra que existe unha relación inversa entre o ancho de banda do espectro e a duración do pulso, o que significa que a medida que a duración do pulso diminúe, o ancho de banda necesario para xerar ese pulso aumenta. A figura 1 ilustra o ancho de banda mínimo necesario para soportar varias duracións de pulso diferentes.

Figura 1: Ancho de banda espectral mínimo necesario para soportarpulsos láserde 10 ps (verde), 500 fs (azul) e 50 fs (vermello)

Os retos técnicos dos láseres ultra
O ancho de banda espectral, a potencia máxima e a duración do pulso curto dos láseres ultrafast deben ser xestionados adecuadamente no seu sistema. Moitas veces, unha das solucións máis sinxelas para estes retos é a produción de láseres de amplo espectro. Se utilizou principalmente láseres de pulso ou onda continua no pasado, é posible que o seu stock existente de compoñentes ópticos non poida reflectir ou transmitir o ancho de banda completo de pulsos ultravisos.

Limiar de danos por láser
A óptica ultravesa tamén ten significativamente diferentes e máis difíciles de navegar por limiares de danos por láser (LDT) en comparación con fontes láser máis convencionais. Cando se ofrecen ópticasLáseres pulsados ​​nanosegundos, Os valores de LDT adoitan ser da orde de 5-10 J/cm2. Para a óptica ultravesa, os valores desta magnitude son practicamente inauditos, xa que os valores de LDT son máis propensos a estar da orde de <1 J/cm2, normalmente máis preto de 0,3 J/cm2. A variación significativa da amplitude de LDT baixo diferentes duracións do pulso é o resultado do mecanismo de dano láser baseado na duración do pulso. Para láseres nanosegundos ou máisLáseres pulsados, o principal mecanismo que causa danos é o quecemento térmico. Os materiais de revestimento e substrato doDispositivos ópticosabsorbe os fotóns do incidente e quéntanos. Isto pode levar á distorsión do enreixado de cristal do material. A expansión térmica, o cracking, a fusión e a cepa de celosía son os mecanismos comúns de dano térmico destesFontes láser.

Non obstante, para os láseres ultravtos, a duración do pulso en si é máis rápida que a escala de tempo de transferencia de calor do láser ao enreixado material, polo que o efecto térmico non é a principal causa de danos inducidos por láser. Pola contra, a potencia máxima do láser ultravés transforma o mecanismo de dano en procesos non lineais como a absorción e ionización de varios fotóns. É por iso que non é posible simplemente restrinxir a clasificación LDT dun pulso de nanosegundo ao dun pulso ultravés, porque o mecanismo físico de dano é diferente. Polo tanto, nas mesmas condicións de uso (por exemplo, lonxitude de onda, duración do pulso e taxa de repetición), un dispositivo óptico cunha clasificación LDT suficientemente alta será o mellor dispositivo óptico para a súa aplicación específica. A óptica probada en diferentes condicións non é representativa do rendemento real da mesma óptica no sistema.

Figura 1: Mecanismos de danos inducidos por láser con diferentes duracións do pulso