Egyedülállóultragyors lézerelső rész
Az ultragyors egyedi tulajdonságailézerek
Az ultragyors lézerek ultrarövid impulzusidőtartama egyedi tulajdonságokkal ruházza fel ezeket a rendszereket, amelyek megkülönböztetik őket a hosszú impulzusú vagy folytonos hullámú (CW) lézerektől. Egy ilyen rövid impulzus előállításához széles spektrumú sávszélességre van szükség. Az impulzus alakja és a központi hullámhossz határozza meg az adott időtartamú impulzusok előállításához szükséges minimális sávszélességet. Ezt az összefüggést jellemzően az idő-sávszélesség szorzattal (TBP) írják le, amely a határozatlansági elvből származik. A Gauss-impulzus TBP-jét a következő képlet adja meg: TBP Gauss=ΔτΔν≈0,441
Δτ az impulzus időtartama, Δv pedig a frekvencia sávszélessége. Lényegében az egyenlet azt mutatja, hogy fordított arányosság van a spektrum sávszélessége és az impulzus időtartama között, ami azt jelenti, hogy az impulzus időtartamának csökkenésével az impulzus létrehozásához szükséges sávszélesség növekszik. Az 1. ábra a különböző impulzusidőtartamok támogatásához szükséges minimális sávszélességet szemlélteti.
1. ábra: A támogatáshoz szükséges minimális spektrális sávszélességlézerimpulzusok10 ps (zöld), 500 fs (kék) és 50 fs (piros)
Az ultragyors lézerek technikai kihívásai
Az ultragyors lézerek széles spektrális sávszélességét, csúcsteljesítményét és rövid impulzusidőtartamát megfelelően kell kezelni a rendszerben. Gyakran az egyik legegyszerűbb megoldás ezekre a kihívásokra a lézerek széles spektrumú kimenete. Ha a múltban elsősorban hosszabb impulzusú vagy folytonos hullámú lézereket használt, akkor a meglévő optikai alkatrészei esetleg nem képesek visszaverni vagy továbbítani az ultragyors impulzusok teljes sávszélességét.
Lézerkárosodási küszöbérték
Az ultragyors optikák lézerkárosodási küszöbértékei (LDT) is jelentősen eltérnek, és nehezebben kezelhetők a hagyományosabb lézerforrásokhoz képest. Amikor optikát biztosítanaknanoszekundumos impulzuslézerekAz LDT értékek általában 5-10 J/cm2 nagyságrendűek. Ultragyors optikák esetében az ilyen nagyságrendű értékek gyakorlatilag ismeretlenek, mivel az LDT értékek nagyobb valószínűséggel <1 J/cm2 nagyságrendűek, általában 0,3 J/cm2 körüliek. Az LDT amplitúdójának jelentős változása a különböző impulzusidőtartamok alatt a lézerkárosodási mechanizmus eredménye, amely az impulzusidőn alapul. Nanoszekundumos vagy hosszabb lézerek eseténimpulzuslézerek, a károsodást okozó fő mechanizmus a hőmelegedés. A bevonat és az aljzatanyagoptikai eszközökelnyelik a beeső fotonokat és felmelegítik azokat. Ez az anyag kristályrácsának torzulásához vezethet. A hőtágulás, a repedés, az olvadás és a rácsfeszültség ezeknek a leggyakoribb hőkárosodási mechanizmusai.lézerforrások.
Az ultragyors lézerek esetében azonban maga az impulzus időtartama gyorsabb, mint a lézerről az anyagrácsra történő hőátadás időskálája, így a hőhatás nem a lézer által okozott károsodás fő oka. Ehelyett az ultragyors lézer csúcsteljesítménye nemlineáris folyamatokká, például többfotonos abszorpcióvá és ionizációvá alakítja át a károsodási mechanizmust. Ezért nem lehet egyszerűen leszűkíteni egy nanoszekundumos impulzus LDT-besorolását egy ultragyors impulzus értékére, mivel a károsodás fizikai mechanizmusa eltérő. Ezért azonos felhasználási körülmények között (pl. hullámhossz, impulzus időtartama és ismétlési sebesség) egy kellően magas LDT-besorolású optikai eszköz lesz a legjobb optikai eszköz az adott alkalmazáshoz. A különböző körülmények között tesztelt optikák nem reprezentatívak a rendszerben lévő ugyanazon optika tényleges teljesítményére.
1. ábra: Lézer okozta károsodás mechanizmusai különböző impulzusidőtartamok esetén
Közzététel ideje: 2024. június 24.