Un làser ultraràpid únic

Úniclàser ultraràpidprimera part

Propietats úniques d'ultraràpidlàsers
La durada del pols ultra curt dels làsers ultraràpids ofereix a aquests sistemes propietats úniques que els distingeixen dels làsers de pols llarg o d'ona contínua (CW). Per generar un pols tan curt, cal un ample de banda d'espectre ampli. La forma del pols i la longitud d'ona central determinen l'ample de banda mínim necessari per generar polsos d'una durada determinada. Normalment, aquesta relació es descriu en termes del producte d'amplada de banda de temps (TBP), que es deriva del principi d'incertesa. El TBP del pols gaussià ve donat per la fórmula següent:TBPGaussian=ΔτΔν≈0,441
Δτ és la durada del pols i Δv és l'amplada de banda de freqüència. En essència, l'equació mostra que hi ha una relació inversa entre l'amplada de banda de l'espectre i la durada del pols, el que significa que a mesura que disminueix la durada del pols, augmenta l'ample de banda necessari per generar aquest pols. La figura 1 il·lustra l'amplada de banda mínima necessària per suportar diverses durades de pols diferents.

Figura 1: ample de banda espectral mínim necessari per donar suportpolsos làserde 10 ps (verd), 500 fs (blau) i 50 fs (vermell)

Els reptes tècnics dels làsers ultra ràpids
L'ample ample de banda espectral, la potència màxima i la curta durada del pols dels làsers ultraràpids s'han de gestionar correctament al vostre sistema. Sovint, una de les solucions més senzilles a aquests reptes és l'ampli espectre de sortida dels làsers. Si en el passat heu utilitzat principalment làsers de pols més llargs o d'ona contínua, és possible que el vostre estoc de components òptics no pugui reflectir ni transmetre l'ample de banda complet dels polsos ultraràpids.

Llindar de dany del làser
L'òptica ultraràpida també té llindars de dany làser (LDT) significativament diferents i més difícils de navegar en comparació amb les fonts làser més convencionals. Quan es preveu l'òpticalàser polsat de nanosegons, els valors de LDT solen ser de l'ordre de 5-10 J/cm2. Per a l'òptica ultraràpida, els valors d'aquesta magnitud són pràcticament inaudits, ja que és més probable que els valors de LDT siguin de l'ordre de <1 J/cm2, normalment més propers a 0,3 J/cm2. La variació significativa de l'amplitud de la LDT sota diferents durades de pols és el resultat del mecanisme de dany del làser basat en la durada del pols. Per a làsers de nanosegons o méslàsers polsats, el principal mecanisme que causa danys és l'escalfament tèrmic. Els materials de recobriment i substrat de ladispositius òpticsabsorbir els fotons incidents i escalfar-los. Això pot provocar una distorsió de la xarxa cristal·lina del material. L'expansió tèrmica, l'esquerdament, la fusió i la tensió de la gelosia són els mecanismes comuns de dany tèrmic d'aquestsfonts làser.

Tanmateix, per als làsers ultraràpids, la durada del pols en si és més ràpida que l'escala de temps de transferència de calor del làser a la gelosia del material, de manera que l'efecte tèrmic no és la causa principal del dany induït per làser. En canvi, la potència màxima del làser ultraràpid transforma el mecanisme de dany en processos no lineals com l'absorció i la ionització de múltiples fotons. És per això que no és possible limitar simplement la qualificació LDT d'un pols de nanosegons a la d'un pols ultraràpid, perquè el mecanisme físic del dany és diferent. Per tant, en les mateixes condicions d'ús (p. ex., longitud d'ona, durada del pols i freqüència de repetició), un dispositiu òptic amb una qualificació LDT prou alta serà el millor dispositiu òptic per a la vostra aplicació específica. Les òptiques provades en diferents condicions no són representatives del rendiment real de la mateixa òptica al sistema.

Figura 1: Mecanismes de dany induït per làser amb diferents durades de pols