มีเอกลักษณ์เลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษตอนที่หนึ่ง
คุณสมบัติเฉพาะของความเร็วสูงพิเศษเลเซอร์
เลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษมีระยะเวลาพัลส์สั้นมาก ทำให้ระบบเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่แตกต่างจากเลเซอร์แบบพัลส์ยาวหรือเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) ในการสร้างพัลส์สั้นเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้แบนด์วิดท์สเปกตรัมกว้าง รูปร่างของพัลส์และความยาวคลื่นกลางจะเป็นตัวกำหนดแบนด์วิดท์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างพัลส์ที่มีระยะเวลาเฉพาะ โดยทั่วไป ความสัมพันธ์นี้จะอธิบายในรูปของผลคูณเวลา-แบนด์วิดท์ (TBP) ซึ่งได้มาจากหลักการความไม่แน่นอน TBP ของพัลส์แบบเกาส์เซียนคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้: TBPGaussian = ΔτΔν ≈ 0.441
Δτ คือระยะเวลาของพัลส์ และ Δv คือแบนด์วิดท์ความถี่ โดยหลักการแล้ว สมการแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างแบนด์วิดท์สเปกตรัมและระยะเวลาของพัลส์ กล่าวคือ เมื่อระยะเวลาของพัลส์ลดลง แบนด์วิดท์ที่จำเป็นในการสร้างพัลส์นั้นจะเพิ่มขึ้น รูปที่ 1 แสดงแบนด์วิดท์ขั้นต่ำที่จำเป็นในการรองรับระยะเวลาของพัลส์ที่แตกต่างกันหลายค่า
รูปที่ 1: แบนด์วิดท์สเปกตรัมขั้นต่ำที่จำเป็นในการรองรับพัลส์เลเซอร์โดยมีค่า 10 พิโควินาที (สีเขียว), 500 เฟมโตวินาที (สีน้ำเงิน) และ 50 เฟมโตวินาที (สีแดง)
ความท้าทายทางเทคนิคของเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ
เลเซอร์อัลตร้าฟาสต์นั้นมีแบนด์วิดท์สเปกตรัมกว้าง กำลังสูงสุด และระยะเวลาพัลส์สั้น ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมในระบบของคุณ บ่อยครั้ง วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งคือการใช้เอาต์พุตสเปกตรัมกว้างของเลเซอร์ หากคุณเคยใช้เลเซอร์แบบพัลส์ยาวหรือแบบต่อเนื่องเป็นหลักในอดีต อุปกรณ์ทางแสงที่มีอยู่ของคุณอาจไม่สามารถสะท้อนหรือส่งผ่านแบนด์วิดท์เต็มรูปแบบของพัลส์อัลตร้าฟาสต์ได้
ขีดจำกัดความเสียหายจากเลเซอร์
เลนส์ความเร็วสูงพิเศษยังมีค่าเกณฑ์ความเสียหายจากเลเซอร์ (LDT) ที่แตกต่างกันอย่างมากและยากต่อการจัดการเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดเลเซอร์ทั่วไป เมื่อมีการจัดเตรียมเลนส์สำหรับเลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีโดยทั่วไป ค่า LDT จะอยู่ในช่วง 5-10 J/cm² สำหรับเลนส์ความเร็วสูงพิเศษ ค่าขนาดนี้แทบจะไม่เคยได้ยินมาก่อน เนื่องจากค่า LDT มีแนวโน้มที่จะอยู่ในช่วง <1 J/cm² โดยปกติจะใกล้เคียงกับ 0.3 J/cm² การเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของแอมพลิจูด LDT ภายใต้ระยะเวลาพัลส์ที่แตกต่างกันเป็นผลมาจากกลไกการทำลายด้วยเลเซอร์ที่ขึ้นอยู่กับระยะเวลาพัลส์ สำหรับเลเซอร์ระดับนาโนวินาทีหรือนานกว่านั้นเลเซอร์แบบพัลส์กลไกหลักที่ก่อให้เกิดความเสียหายคือความร้อน วัสดุเคลือบและวัสดุรองรับของ...อุปกรณ์ทางแสงดูดซับโฟตอนที่ตกกระทบและทำให้เกิดความร้อน ซึ่งอาจนำไปสู่การบิดเบี้ยวของโครงสร้างผลึกของวัสดุ การขยายตัวทางความร้อน การแตกร้าว การหลอมเหลว และความเครียดของโครงสร้างผลึก เป็นกลไกความเสียหายจากความร้อนที่พบได้ทั่วไปในวัสดุเหล่านี้แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์.
อย่างไรก็ตาม สำหรับเลเซอร์ความเร็วสูงมาก ระยะเวลาของพัลส์นั้นเร็วกว่าช่วงเวลาของการถ่ายเทความร้อนจากเลเซอร์ไปยังโครงสร้างผลึกของวัสดุ ดังนั้นผลกระทบจากความร้อนจึงไม่ใช่สาเหตุหลักของความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ แต่กำลังสูงสุดของเลเซอร์ความเร็วสูงมากจะเปลี่ยนกลไกความเสียหายไปเป็นกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น การดูดซับโฟตอนหลายตัวและการแตกตัวเป็นไอออน นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมจึงไม่สามารถจำกัดค่า LDT ของพัลส์นาโนวินาทีให้แคบลงเหลือเท่ากับพัลส์ความเร็วสูงมากได้ เพราะกลไกทางกายภาพของความเสียหายแตกต่างกัน ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานเดียวกัน (เช่น ความยาวคลื่น ระยะเวลาของพัลส์ และอัตราการทำซ้ำ) อุปกรณ์ทางแสงที่มีค่า LDT สูงเพียงพอจะเป็นอุปกรณ์ทางแสงที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณ อุปกรณ์ทางแสงที่ทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันนั้นไม่สามารถแสดงถึงประสิทธิภาพที่แท้จริงของอุปกรณ์ทางแสงเดียวกันในระบบได้
รูปที่ 1: กลไกการเกิดความเสียหายจากเลเซอร์ที่มีระยะเวลาพัลส์แตกต่างกัน
วันที่เผยแพร่: 24 มิถุนายน 2024