לייזר אולטרה-מהיר ייחודי חלק ראשון

ייחודילייזר אולטרה מהירחלק ראשון

תכונות ייחודיות של אולטרה-מהירותלייזרים
משך הפולס הקצר במיוחד של לייזרים אולטרה-מהירים מעניק למערכות אלו תכונות ייחודיות המבדילות אותן מלייזרים בעלי פולסים ארוכים או גל רציף (CW). על מנת לייצר פולס קצר שכזה, נדרש רוחב פס רחב. צורת הפולס ואורך הגל המרכזי קובעים את רוחב הפס המינימלי הנדרש ליצירת פולסים בעלי משך מסוים. בדרך כלל, קשר זה מתואר במונחים של מכפלת רוחב הפס-זמן (TBP), הנגזר מעקרון אי הוודאות. ה-TBP של פולס גאוסיאני ניתן על ידי הנוסחה הבאה: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ הוא משך הפעימה ו-Δv הוא רוחב הפס של התדר. במהותו, המשוואה מראה שיש יחס הפוך בין רוחב הפס של הספקטרום ומשך הפעימה, כלומר ככל שמשך הפעימה פוחת, רוחב הפס הנדרש ליצירת הפעימה גדל. איור 1 ממחיש את רוחב הפס המינימלי הנדרש לתמיכה במספר משכי פעימה שונים.

איור 1: רוחב פס ספקטרלי מינימלי הנדרש לתמיכהפולסי לייזרשל 10 פיקו-שניות (ירוק), 500 פיקו-שניות (כחול) ו-50 פיקו-שניות (אדום)

האתגרים הטכניים של לייזרים אולטרה-מהירים
רוחב הפס הספקטרלי הרחב, עוצמת השיא ומשך הפולסים הקצר של לייזרים אולטרה-מהירים חייבים להיות מנוהלים כראוי במערכת שלך. לעתים קרובות, אחד הפתרונות הפשוטים ביותר לאתגרים אלה הוא תפוקת ספקטרום רחב של לייזרים. אם השתמשת בעבר בעיקר בלייזרים בעלי פולסים ארוכים יותר או גל רציף, ייתכן שמלאי הרכיבים האופטיים הקיים שלך לא יוכל להחזיר או להעביר את מלוא רוחב הפס של פולסים אולטרה-מהירים.

סף נזק הלייזר
לאופטיקה אולטרה-מהירה יש גם ספי נזק לייזר (LDT) שונים משמעותית וקשים יותר לנווט בהם בהשוואה למקורות לייזר קונבנציונליים יותר. כאשר מסופקים אופטיקה עבורלייזרים פעמו ננו-שניותערכי LDT הם בדרך כלל בסדר גודל של 5-10 ג'ול/סמ"ר. עבור אופטיקה אולטרה-מהירה, ערכים בסדר גודל כזה כמעט ולא נשמעים, מכיוון שערכי LDT נוטים יותר להיות בסדר גודל של <1 ג'ול/סמ"ר, בדרך כלל קרובים יותר ל-0.3 ג'ול/סמ"ר. השונות המשמעותית של משרעת LDT תחת משכי פולס שונים היא תוצאה של מנגנון נזק לייזר המבוסס על משכי פולס. עבור לייזרים של ננו-שנייה או יותרלייזרים פועמים, המנגנון העיקרי שגורם לנזק הוא חימום תרמי. חומרי הציפוי והמצע שלמכשירים אופטייםלספוג את הפוטונים הפוגעים ולחמם אותם. זה יכול להוביל לעיוות של סריג הגביש של החומר. התפשטות תרמית, סדקים, התכה ומאמץ סריג הם מנגנוני נזק תרמי נפוצים של אלה.מקורות לייזר.

עם זאת, עבור לייזרים אולטרה-מהירים, משך הפולס עצמו מהיר יותר מסולם הזמן של העברת החום מהלייזר לסריג החומר, כך שהאפקט התרמי אינו הגורם העיקרי לנזק הנגרם על ידי הלייזר. במקום זאת, עוצמת השיא של הלייזר האולטרה-מהיר הופכת את מנגנון הנזק לתהליכים לא ליניאריים כגון בליעה מרובת פוטונים ויינון. זו הסיבה שלא ניתן פשוט לצמצם את דירוג ה-LDT של פולס של ננו-שנייה לזה של פולס אולטרה-מהיר, מכיוון שהמנגנון הפיזי של הנזק שונה. לכן, באותם תנאי שימוש (למשל, אורך גל, משך פולס וקצב החזרות), מכשיר אופטי עם דירוג LDT גבוה מספיק יהיה המכשיר האופטי הטוב ביותר עבור היישום הספציפי שלך. אופטיקה שנבדקה בתנאים שונים אינה מייצגת את הביצועים בפועל של אותה אופטיקה במערכת.

איור 1: מנגנוני נזק הנגרם על ידי לייזר עם משכי פולס שונים