لیزر Ultrafast منحصر به فرد قسمت اول

بی نظیرلیزر فوق العادهقسمت یک

خواص منحصر به فرد Ultrafastلیزر
مدت زمان پالس فوق العاده کوتاه لیزرهای ultrafast به این سیستم ها ویژگی های منحصر به فردی می دهد که آنها را از لیزرهای پالس بلند یا موج مداوم (CW) متمایز می کند. به منظور تولید چنین پالس کوتاه ، پهنای باند طیف گسترده ای لازم است. شکل پالس و طول موج مرکزی حداقل پهنای باند مورد نیاز برای تولید پالس در یک مدت خاص را تعیین می کند. به طور معمول ، این رابطه از نظر محصول پهنای باند زمان (TBP) توصیف می شود ، که از اصل عدم اطمینان حاصل می شود. TBP پالس گاوسی با فرمول زیر آورده شده است: tbpgaussian = Δτδν≈0.441
Δτ مدت زمان پالس است و ΔV پهنای باند فرکانس است. در اصل ، معادله نشان می دهد که بین پهنای باند طیف و مدت زمان پالس رابطه معکوس وجود دارد ، به این معنی که با کاهش مدت پالس ، پهنای باند مورد نیاز برای تولید آن پالس افزایش می یابد. شکل 1 حداقل پهنای باند مورد نیاز برای پشتیبانی از چندین مدت مختلف پالس را نشان می دهد.

شکل 1: حداقل پهنای باند طیفی مورد نیاز برای پشتیبانیپالس لیزراز 10 ps (سبز) ، 500 fs (آبی) و 50 fs (قرمز)

چالش های فنی لیزرهای Ultrafast
پهنای باند طیفی گسترده ، قدرت اوج و مدت زمان پالس کوتاه لیزرهای ultrafast باید به درستی در سیستم شما مدیریت شود. اغلب ، یکی از ساده ترین راه حل های این چالش ها ، تولید طیف گسترده لیزرها است. اگر در گذشته از پالس طولانی تر یا لیزر موج مداوم استفاده کرده اید ، ممکن است موجودی موجود در اجزای نوری شما قادر به بازتاب یا انتقال پهنای باند کامل پالس های Ultrafast نباشد.

آستانه آسیب لیزر
اپتیک های Ultrafast همچنین در مقایسه با منابع لیزر معمولی تر ، برای حرکت در آستانه آسیب لیزر (LDT) بسیار متفاوت و دشوارتر هستند. هنگامی که اپتیک برای آن فراهم شده استلیزرهای پالس نانو ثانیه، مقادیر LDT معمولاً به ترتیب 5-10 J/cm2 است. برای اپتیک های ultrafast ، مقادیر این بزرگی عملاً غافل از آن هستند ، زیرا مقادیر LDT بیشتر به ترتیب <1 J/cm2 ، معمولاً نزدیک به 0.3 J/cm2 است. تنوع قابل توجه دامنه LDT در مدت زمان مختلف پالس نتیجه مکانیسم آسیب لیزر بر اساس مدت زمان پالس است. برای لیزرهای نانو ثانیه یا طولانی ترلیزرهای پالس، مکانیسم اصلی که باعث آسیب می شود ، گرمایش حرارتی است. پوشش و مواد بستردستگاه های نوریفوتون های حادثه را جذب کرده و آنها را گرم کنید. این می تواند منجر به تحریف شبکه کریستال مواد شود. گسترش حرارتی ، ترک خوردگی ، ذوب و کرنش مشبک مکانیسم آسیب حرارتی رایج این موارد استمنابع لیزری.

با این حال ، برای لیزرهای ultrafast ، مدت زمان پالس سریعتر از مقیاس زمانی انتقال حرارت از لیزر به شبکه مواد است ، بنابراین اثر حرارتی عامل اصلی آسیب ناشی از لیزر نیست. در عوض ، قدرت اوج لیزر Ultrafast مکانیسم آسیب را به فرآیندهای غیرخطی مانند جذب چند فوتونی و یونیزاسیون تبدیل می کند. به همین دلیل امکان پذیر نیست که به سادگی امتیاز LDT یک پالس نانو ثانیه را به یک پالس Ultrafast محدود کنید ، زیرا مکانیسم فیزیکی آسیب متفاوت است. بنابراین ، در همان شرایط استفاده (به عنوان مثال ، طول موج ، مدت زمان پالس و میزان تکرار) ، یک دستگاه نوری با رتبه بندی LDT به اندازه کافی بالا بهترین دستگاه نوری برای کاربرد خاص شما خواهد بود. اپتیک آزمایش شده در شرایط مختلف نماینده عملکرد واقعی همان اپتیک در سیستم نیست.

شکل 1: مکانیسم های آسیب ناشی از لیزر با مدت زمان مختلف پالس