لیزر فوق سریع منحصر به فرد قسمت اول

منحصر به فردلیزر فوق سریعقسمت اول

خواص منحصر به فرد فوق سریعلیزرها
مدت زمان پالس بسیار کوتاه لیزرهای فوق سریع به این سیستم ها ویژگی های منحصر به فردی می دهد که آنها را از لیزرهای با پالس بلند یا موج پیوسته (CW) متمایز می کند. 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 پالس با مدت زمان خاص را تعیین می کند. به طور معمول، این رابطه بر حسب محصول پهنای باند زمان (TBP) توصیف می‌شود که از اصل عدم قطعیت مشتق شده است. TBP پالس گاوسی با فرمول زیر داده می شود: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ مدت زمان پالس و Δv پهنای باند فرکانس است. در اصل، معادله نشان می دهد که یک رابطه معکوس بین پهنای باند طیف و مدت زمان پالس وجود دارد، به این معنی که با کاهش مدت زمان پالس، پهنای باند مورد نیاز برای تولید آن پالس افزایش می یابد. شکل 1 حداقل پهنای باند مورد نیاز برای پشتیبانی از چندین زمان پالس مختلف را نشان می دهد.

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

چالش های فنی لیزرهای فوق سریع
پهنای باند طیفی گسترده، قدرت پیک و مدت زمان پالس کوتاه لیزرهای فوق سریع باید به درستی در سیستم شما مدیریت شود. اغلب، یکی از ساده ترین راه حل ها برای این چالش ها، خروجی طیف وسیع لیزر است. اگر در گذشته عمدتاً از لیزرهای پالس یا موج پیوسته طولانی‌تر استفاده کرده‌اید، موجودی اجزای نوری موجود شما ممکن است نتواند پهنای باند کامل پالس‌های فوق سریع را منعکس یا ارسال کند.

آستانه آسیب لیزر
اپتیک های فوق سریع همچنین آستانه آسیب لیزر (LDT) را در مقایسه با منابع لیزر معمولی تر، بسیار متفاوت و دشوارتر است. هنگامی که اپتیک برایلیزرهای پالسی نانوثانیه، مقادیر LDT معمولاً به ترتیب 5-10 J/cm2 است. برای اپتیک فوق سریع، مقادیری با این بزرگی عملاً ناشناخته هستند، زیرا مقادیر LDT به احتمال زیاد در مرتبه کمتر از 1 J/cm2، معمولاً نزدیکتر به 0.3 J/cm2 هستند. تغییرات قابل توجه دامنه LDT تحت مدت زمان های مختلف پالس نتیجه مکانیسم آسیب لیزر بر اساس مدت زمان پالس است. برای لیزرهای نانوثانیه یا بیشترلیزرهای پالسی، مکانیسم اصلی که باعث آسیب می شود گرمایش حرارتی است. پوشش و مواد بستر ازدستگاه های نوریفوتون های فرود را جذب کرده و آنها را گرم می کند. این می تواند به اعوجاج شبکه کریستالی مواد منجر شود. انبساط حرارتی، ترک خوردگی، ذوب و کرنش شبکه مکانیزم های متداول آسیب حرارتی اینها هستند.منابع لیزری.

با این حال، برای لیزرهای فوق سریع، مدت زمان پالس خود سریعتر از مقیاس زمانی انتقال حرارت از لیزر به شبکه مواد است، بنابراین اثر حرارتی علت اصلی آسیب ناشی از لیزر نیست. در عوض، اوج قدرت لیزر فوق سریع، مکانیسم آسیب را به فرآیندهای غیرخطی مانند جذب چند فوتون و یونیزاسیون تبدیل می کند. به همین دلیل است که نمی توان به سادگی امتیاز LDT یک پالس نانوثانیه را به یک پالس فوق سریع محدود کرد، زیرا مکانیسم فیزیکی آسیب متفاوت است. بنابراین، تحت شرایط استفاده یکسان (به عنوان مثال، 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. اپتیک های آزمایش شده در شرایط مختلف نشان دهنده عملکرد واقعی همان اپتیک در سیستم نیستند.

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