منحصر به فردلیزر فوق سریعبخش اول
خواص منحصر به فرد فوق سریعلیزرها
مدت زمان پالس فوق کوتاه لیزرهای فوق سریع، به این سیستم‌ها خواص منحصر به فردی می‌دهد که آنها را از لیزرهای پالس بلند یا موج پیوسته (CW) متمایز می‌کند. برای تولید چنین پالس کوتاهی، به پهنای باند طیف وسیعی نیاز است. شکل پالس و طول موج مرکزی، حداقل پهنای باند مورد نیاز برای تولید پالس‌هایی با مدت زمان خاص را تعیین می‌کنند. معمولاً این رابطه بر اساس حاصلضرب زمان-پهنای باند (TBP) توصیف می‌شود که از اصل عدم قطعیت مشتق شده است. TBP پالس گاوسی با فرمول زیر داده می‌شود: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ مدت زمان پالس و Δv پهنای باند فرکانسی است. در اصل، این معادله نشان می‌دهد که بین پهنای باند طیف و مدت زمان پالس رابطه معکوس وجود دارد، به این معنی که با کاهش مدت زمان پالس، پهنای باند مورد نیاز برای تولید آن پالس افزایش می‌یابد. شکل 1 حداقل پهنای باند مورد نیاز برای پشتیبانی از چندین مدت زمان پالس مختلف را نشان می‌دهد.
شکل ۱: حداقل پهنای باند طیفی مورد نیاز برای پشتیبانیپالس‌های لیزرشامل ۱۰ پیکوثانیه (سبز)، ۵۰۰ فمتوثانیه (آبی) و ۵۰ فمتوثانیه (قرمز)
چالش‌های فنی لیزرهای فوق سریع
پهنای باند طیفی وسیع، توان اوج و مدت زمان پالس کوتاه لیزرهای فوق سریع باید به درستی در سیستم شما مدیریت شود. اغلب، یکی از ساده‌ترین راه‌حل‌ها برای این چالش‌ها، خروجی طیف وسیع لیزرها است. اگر در گذشته عمدتاً از لیزرهای پالس بلندتر یا موج پیوسته استفاده کرده‌اید، ممکن است قطعات نوری موجود شما قادر به بازتاب یا انتقال پهنای باند کامل پالس‌های فوق سریع نباشند.
آستانه آسیب لیزر
اپتیک‌های فوق سریع همچنین در مقایسه با منابع لیزر مرسوم‌تر، آستانه‌های آسیب لیزری (LDT) بسیار متفاوت و دشوارتری برای پیمایش دارند. وقتی اپتیک‌ها برایلیزرهای پالسی نانوثانیهمقادیر LDT معمولاً در حدود ۵ تا ۱۰ ژول بر سانتی‌متر مربع هستند. برای اپتیک فوق سریع، مقادیری با این بزرگی عملاً بی‌سابقه هستند، زیرا مقادیر LDT احتمالاً در حدود <1 ژول بر سانتی‌متر مربع هستند که معمولاً به ۰.۳ ژول بر سانتی‌متر مربع نزدیک‌تر است. تغییر قابل توجه دامنه LDT در مدت زمان‌های مختلف پالس، نتیجه مکانیسم آسیب لیزر بر اساس مدت زمان پالس است. برای لیزرهای نانوثانیه‌ای یا طولانی‌ترلیزرهای پالسی، مکانیسم اصلی که باعث آسیب می‌شود، گرمایش حرارتی است. مواد پوشش و زیرلایهدستگاه‌های نوریفوتون‌های تابشی را جذب کرده و آنها را گرم می‌کنند. این می‌تواند منجر به اعوجاج شبکه کریستالی ماده شود. انبساط حرارتی، ترک خوردگی، ذوب شدن و کرنش شبکه‌ای، مکانیسم‌های آسیب حرارتی رایج این مواد هستند.منابع لیزر.
با این حال، برای لیزرهای فوق سریع، مدت زمان پالس به خودی خود سریع‌تر از مقیاس زمانی انتقال حرارت از لیزر به شبکه ماده است، بنابراین اثر حرارتی علت اصلی آسیب ناشی از لیزر نیست. در عوض، اوج توان لیزر فوق سریع، مکانیسم آسیب را به فرآیندهای غیرخطی مانند جذب و یونیزاسیون چند فوتونی تبدیل می‌کند. به همین دلیل است که نمی‌توان به سادگی درجه LDT یک پالس نانوثانیه را به یک پالس فوق سریع محدود کرد، زیرا مکانیسم فیزیکی آسیب متفاوت است. بنابراین، تحت شرایط استفاده یکسان (مثلاً طول موج، مدت زمان پالس و نرخ تکرار)، یک دستگاه نوری با درجه LDT به اندازه کافی بالا، بهترین دستگاه نوری برای کاربرد خاص شما خواهد بود. اپتیک‌هایی که تحت شرایط مختلف آزمایش می‌شوند، نمایانگر عملکرد واقعی همان اپتیک در سیستم نیستند.
شکل ۱: مکانیسم‌های آسیب ناشی از لیزر با مدت زمان پالس‌های مختلف
زمان ارسال: ۲۴ ژوئن ۲۰۲۴