เลเซอร์ Ultrafast ที่ไม่เหมือนใคร

มีเอกลักษณ์เลเซอร์ที่เร็วมากส่วนที่หนึ่ง

คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ Ultrafastเลเซอร์
ระยะเวลาพัลส์สั้นพิเศษของเลเซอร์ที่เร็วมากทำให้ระบบเหล่านี้มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งแยกแยะพวกมันจากเลเซอร์แบบพัลยาวหรือคลื่นต่อเนื่อง (CW) เพื่อที่จะสร้างชีพจรสั้น ๆ จำเป็นต้องใช้แบนด์วิดท์สเปกตรัมกว้าง รูปร่างชีพจรและความยาวคลื่นกลางกำหนดแบนด์วิดท์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างพัลส์ในช่วงเวลาที่เฉพาะเจาะจง โดยทั่วไปแล้วความสัมพันธ์นี้จะอธิบายไว้ในแง่ของผลิตภัณฑ์แบนด์วิดท์เวลา (TBP) ซึ่งได้มาจากหลักการความไม่แน่นอน TBP ของชีพจรแบบเกาส์เซียนนั้นได้รับจากสูตรต่อไปนี้: tbpgaussian = ΔτΔν≈0.441
Δτคือระยะเวลาพัลส์และΔVคือแบนด์วิดท์ความถี่ ในสาระสำคัญสมการแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างแบนด์วิดธ์สเปกตรัมและระยะเวลาพัลส์ซึ่งหมายความว่าเมื่อระยะเวลาของพัลส์ลดลงแบนด์วิดท์ที่จำเป็นในการสร้างชีพจรที่เพิ่มขึ้น รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงแบนด์วิดท์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการรองรับระยะเวลาพัลส์ที่แตกต่างกัน

รูปที่ 1: แบนด์วิดท์สเปกตรัมขั้นต่ำที่จำเป็นในการรองรับพัลส์เลเซอร์จาก 10 ps (สีเขียว), 500 fs (สีน้ำเงิน) และ 50 fs (สีแดง)

ความท้าทายทางเทคนิคของเลเซอร์ที่เร็วมาก
แบนด์วิดธ์สเปกตรัมที่กว้าง, พลังสูงสุดและระยะเวลาชีพจรสั้นของเลเซอร์ที่เร็วเกินไปจะต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมในระบบของคุณ บ่อยครั้งที่หนึ่งในโซลูชั่นที่ง่ายที่สุดสำหรับความท้าทายเหล่านี้คือเอาท์พุทสเปกตรัมในวงกว้างของเลเซอร์ หากคุณเคยใช้เลเซอร์ชีพจรหรือคลื่นต่อเนื่องมานานกว่าในอดีตสต็อกที่มีอยู่ของส่วนประกอบออปติคัลของคุณอาจไม่สามารถสะท้อนหรือส่งแบนด์วิดท์เต็มรูปแบบของพัลส์อัลตร้าซ่า

เกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์
ออพติกที่เร็วมากยังมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญและยากกว่าในการนำทางเกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์ (LDT) เมื่อเทียบกับแหล่งเลเซอร์ทั่วไปมากขึ้น เมื่อมีเลนส์สำหรับเลเซอร์นาโนวินาทีค่า LDT มักจะอยู่ในลำดับที่ 5-10 J/cm2 สำหรับออพติกที่เร็วมากค่าของขนาดนี้ไม่เคยได้ยินมาก่อนเนื่องจากค่า LDT มีแนวโน้มที่จะอยู่ในลำดับของ <1 J/cm2 ซึ่งมักจะใกล้เคียงกับ 0.3 J/cm2 การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของแอมพลิจูด LDT ภายใต้ระยะเวลาของพัลส์ที่แตกต่างกันเป็นผลมาจากกลไกความเสียหายของเลเซอร์ตามระยะเวลาของพัลส์ สำหรับเลเซอร์นาโนวินาทีหรือนานกว่านั้นเลเซอร์พัลส์กลไกหลักที่ทำให้เกิดความเสียหายคือความร้อนด้วยความร้อน วัสดุเคลือบและวัสดุพิมพ์ของอุปกรณ์ออพติคอลดูดซับโฟตอนที่ตกกระทบและให้ความร้อน สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การบิดเบือนของโครงตาข่ายคริสตัลของวัสดุ การขยายตัวทางความร้อนการแตกร้าวการหลอมละลายและความเครียดขัดแตะเป็นกลไกความเสียหายทางความร้อนที่พบบ่อยของสิ่งเหล่านี้แหล่งกำเนิดเลเซอร์.

อย่างไรก็ตามสำหรับเลเซอร์ที่เร็วมากระยะเวลาพัลส์นั้นเร็วกว่าระดับเวลาของการถ่ายเทความร้อนจากเลเซอร์ไปยังวัสดุขัดแตะดังนั้นเอฟเฟกต์ความร้อนจึงไม่ใช่สาเหตุหลักของความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ แต่พลังสูงสุดของเลเซอร์ที่เร็วมากจะเปลี่ยนกลไกความเสียหายให้เป็นกระบวนการไม่เชิงเส้นเช่นการดูดกลืนแบบหลายโฟตอนและไอออนไนซ์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะ จำกัด ระดับ LDT ของพัลส์นาโนวินาทีให้แคบลงกับชีพจรที่เร็วมากเนื่องจากกลไกทางกายภาพของความเสียหายนั้นแตกต่างกัน ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขการใช้งานเดียวกัน (เช่นความยาวคลื่นระยะเวลาพัลส์และอัตราการทำซ้ำ) อุปกรณ์ออพติคอลที่มีการจัดอันดับ LDT สูงพอจะเป็นอุปกรณ์ออพติคอลที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ ทัศนศาสตร์ที่ทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันไม่ได้เป็นตัวแทนของประสิทธิภาพจริงของเลนส์เดียวกันในระบบ

รูปที่ 1: กลไกของความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ด้วยระยะเวลาชีพจรที่แตกต่างกัน