לייזר אולטרה-מהיר ייחודי חלק ראשון

ייחודילייזר מהיר במיוחדחלק ראשון

תכונות ייחודיות של אולטרה-מהירלייזרים
משך הפולסים הקצר במיוחד של לייזרים מהירים במיוחד מעניק למערכות אלו תכונות ייחודיות המבדילות אותן מלייזרים עם דופק ארוך או גל מתמשך (CW). על מנת להפיק פולס כה קצר, נדרש רוחב פס רחב של ספקטרום. צורת הפולס ואורך הגל המרכזי קובעים את רוחב הפס המינימלי הנדרש ליצירת פולסים של משך מסוים. בדרך כלל, קשר זה מתואר במונחים של תוצר רוחב הפס של הזמן (TBP), אשר נגזר מעיקרון אי הוודאות. ה-TBP של הדופק של גאוס ניתן על ידי הנוסחה הבאה:TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ הוא משך הפולס ו-Δv הוא רוחב הפס של התדר. למעשה, המשוואה מראה שיש קשר הפוך בין רוחב הפס של הספקטרום ומשך הפולס, כלומר ככל שמשך הפולס פוחת, רוחב הפס הנדרש ליצירת הפולס גדל. איור 1 ממחיש את רוחב הפס המינימלי הנדרש לתמיכה במספר משכי פולסים שונים.

איור 1: רוחב פס ספקטרלי מינימלי הנדרש לתמיכהפעימות לייזרשל 10 ps (ירוק), 500 fs (כחול) ו-50 fs (אדום)

האתגרים הטכניים של לייזרים מהירים במיוחד
רוחב הפס הספקטרלי הרחב, שיא הספק ומשך הדופק הקצר של לייזרים מהירים במיוחד חייבים להיות מנוהלים כראוי במערכת שלך. לעתים קרובות, אחד הפתרונות הפשוטים ביותר לאתגרים אלה הוא תפוקת הספקטרום הרחב של לייזרים. אם השתמשת בעבר בעיקר בלייזרי פולסים ארוכים יותר או גל מתמשך, ייתכן שהמלאי הקיים שלך של רכיבים אופטיים לא יוכל לשקף או לשדר את מלוא רוחב הפס של פולסים מהירים במיוחד.

סף נזק ללייזר
לאופטיקה אולטרה-מהירה יש גם ספי נזקי לייזר שונים וקשים יותר לניווט (LDT) בהשוואה למקורות לייזר קונבנציונליים יותר. כאשר מספקים אופטיקהלייזרים דופקים של ננו-שנייה, ערכי LDT הם בדרך כלל בסדר גודל של 5-10 J/cm2. עבור אופטיקה אולטרה-מהירה, ערכים בסדר גודל כזה כמעט ולא מוכרים, מכיוון שערכי LDT נוטים יותר להיות בסדר גודל של <1 J/cm2, בדרך כלל קרוב יותר ל-0.3 J/cm2. השונות המשמעותית של משרעת LDT תחת משכי דופק שונים היא תוצאה של מנגנון נזק לייזר המבוסס על משכי דופק. עבור לייזרים ננו-שניות או יותרלייזרים דופקים, המנגנון העיקרי שגורם לנזק הוא חימום תרמי. חומרי הציפוי והמצע של המכשירים אופטייםלספוג את הפוטונים הנכנסים ולחמם אותם. זה יכול להוביל לעיוות של סריג הגביש של החומר. התפשטות תרמית, פיצוח, התכה ומתח סריג הם מנגנוני הנזק התרמי הנפוצים של אלהמקורות לייזר.

עם זאת, עבור לייזרים מהירים במיוחד, משך הדופק עצמו מהיר יותר מסולם הזמן של העברת החום מהלייזר לסריג החומר, כך שהאפקט התרמי אינו הגורם העיקרי לנזק שנגרם על ידי לייזר. במקום זאת, עוצמת השיא של הלייזר האולטרה-מהיר הופכת את מנגנון הנזק לתהליכים לא ליניאריים כגון קליטת ריבוי פוטון וינון. זו הסיבה שלא ניתן פשוט לצמצם את דירוג ה-LDT של דופק ננו-שניות לזה של דופק מהיר במיוחד, כי המנגנון הפיזי של הנזק שונה. לכן, באותם תנאי שימוש (למשל, אורך גל, משך דופק וקצב חזרות), מכשיר אופטי עם דירוג LDT גבוה מספיק יהיה ההתקן האופטי הטוב ביותר עבור היישום הספציפי שלך. אופטיקה שנבדקה בתנאים שונים אינה מייצגת את הביצועים בפועל של אותה אופטיקה במערכת.

איור 1: מנגנונים של נזק שנגרם על ידי לייזר עם משכי דופק שונים