Un láser ultrarrápido único

Únicoláser ultrarrápidoprimeira parte

Propiedades únicas do ultrarrápidoláseres
A duración do pulso ultracurto dos láseres ultrarrápidos dálle 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 do 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 de produto de ancho de banda tempo (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 frecuencia. En esencia, a ecuación mostra que existe unha relación inversa entre o ancho de banda do espectro e a duración do pulso, o que significa que a medida que diminúe a duración do pulso, 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 ultrarrápidos
O amplo ancho de banda espectral, a potencia máxima e a curta duración do pulso dos láseres ultrarrápidos deben xestionarse correctamente no teu sistema. A miúdo, unha das solucións máis sinxelas a estes desafíos é a produción de láseres de amplo espectro. Se utilizaches principalmente láseres de pulso máis longo ou de onda continua no pasado, é posible que o teu stock de compoñentes ópticos non poida reflectir nin transmitir todo o ancho de banda dos pulsos ultrarrápidos.

Limiar de dano do láser
A óptica ultrarrápida tamén ten limiares de dano láser (LDT) significativamente diferentes e máis difíciles de navegar en comparación coas fontes de láser máis convencionais. Cando se proporciona ópticaláseres pulsados ​​en nanosegundos, Os valores de LDT adoitan estar na orde de 5-10 J/cm2. Para a óptica ultrarrápida, os valores desta magnitude son practicamente descoñecidos, xa que os valores de LDT teñen máis probabilidades de estar da orde de <1 J/cm2, normalmente máis próximos a 0,3 J/cm2. A variación significativa da amplitude da LDT baixo diferentes duracións do pulso é o resultado do mecanismo de dano do láser baseado na duración do pulso. Para láseres de nanosegundos ou máis longosláseres pulsados, o principal mecanismo que causa danos é o quecemento térmico. Os materiais de revestimento e substrato dodispositivos ópticosabsorbe os fotóns incidentes e quéntaos. Isto pode levar á distorsión da rede cristalina do material. A expansión térmica, a rachadura, a fusión e a tensión da rede son os mecanismos comúns de dano térmico destes.fontes láser.

Non obstante, para os láseres ultrarrápidos, a propia duración do pulso é máis rápida que a escala de tempo da transferencia de calor do láser á rede de material, polo que o efecto térmico non é a principal causa do dano inducido polo láser. Pola contra, a potencia máxima do láser ultrarrápido transforma o mecanismo de dano en procesos non lineais como a absorción de fotóns e a ionización. É por iso que non é posible limitar simplemente a clasificación LDT dun pulso de nanosegundos á dun pulso ultrarrápido, porque o mecanismo físico de dano é diferente. Polo tanto, nas mesmas condicións de uso (por exemplo, lonxitude de onda, duración do pulso e frecuencia de repetición), un dispositivo óptico cunha clasificación LDT suficientemente alta será o mellor dispositivo óptico para a súa aplicación específica. As ópticas probadas en diferentes condicións non son representativas do rendemento real da mesma óptica no sistema.

Figura 1: Mecanismos de dano inducido por láser con diferentes duracións de pulso