เลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษที่ไม่เหมือนใครตอนที่ 1

มีเอกลักษณ์เลเซอร์เร็วมากส่วนหนึ่ง

คุณสมบัติเฉพาะของอัลตร้าฟาสต์เลเซอร์
ระยะเวลาการเต้นของชีพจรที่สั้นเป็นพิเศษของเลเซอร์ที่เร็วมากทำให้ระบบเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะที่แตกต่างจากเลเซอร์แบบพัลส์ยาวหรือคลื่นต่อเนื่อง (CW) ในการสร้างพัลส์ที่สั้นเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้แบนด์วิธสเปกตรัมกว้าง รูปร่างพัลส์และความยาวคลื่นกลางจะกำหนดแบนด์วิธขั้นต่ำที่จำเป็นในการสร้างพัลส์ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง โดยทั่วไป ความสัมพันธ์นี้อธิบายไว้ในรูปของผลิตภัณฑ์แบนด์วิธเวลา (TBP) ซึ่งได้มาจากหลักการความไม่แน่นอน TBP ของพัลส์เกาส์เซียนหาได้จากสูตรต่อไปนี้
Δτคือระยะเวลาพัลส์และ Δv คือแบนด์วิดท์ความถี่ โดยพื้นฐานแล้ว สมการแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างแบนด์วิธสเปกตรัมและระยะเวลาพัลส์ ซึ่งหมายความว่าเมื่อระยะเวลาของพัลส์ลดลง แบนด์วิดท์ที่จำเป็นในการสร้างพัลส์นั้นจะเพิ่มขึ้น รูปที่ 1 แสดงแบนด์วิธขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อรองรับระยะเวลาพัลส์ที่แตกต่างกัน

รูปที่ 1: แบนด์วิธสเปกตรัมขั้นต่ำที่จำเป็นในการรองรับพัลส์เลเซอร์10 ps (สีเขียว), 500 fs (สีน้ำเงิน) และ 50 fs (สีแดง)

ความท้าทายทางเทคนิคของเลเซอร์ที่เร็วมาก
แบนด์วิธสเปกตรัมกว้าง กำลังสูงสุด และระยะเวลาพัลส์สั้นของเลเซอร์ที่เร็วมากจะต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมในระบบของคุณ บ่อยครั้ง หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดสำหรับความท้าทายเหล่านี้คือการส่งสัญญาณเลเซอร์ในวงกว้าง หากคุณเคยใช้เลเซอร์พัลส์ที่ยาวกว่าหรือเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องเป็นหลักในอดีต สต็อกส่วนประกอบออพติคัลที่มีอยู่ของคุณอาจไม่สามารถสะท้อนหรือส่งแบนด์วิดท์เต็มของพัลส์ที่เร็วมากได้

เกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์
เลนส์ที่เร็วมากยังมีเกณฑ์ความเสียหายจากเลเซอร์ (LDT) ที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญและยากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งเลเซอร์ทั่วไป เมื่อมีการจัดเตรียมเลนส์ไว้สำหรับเลเซอร์พัลซิ่งระดับนาโนวินาทีโดยทั่วไปค่า LDT จะอยู่ในลำดับ 5-10 J/cm2 สำหรับทัศนศาสตร์ที่เร็วมาก ค่าของขนาดนี้แทบไม่เคยได้ยินมาก่อน เนื่องจากค่า LDT มีแนวโน้มที่จะอยู่ในลำดับ <1 J/cm2 มากกว่า ซึ่งโดยปกติจะใกล้กับ 0.3 J/cm2 มากกว่า การแปรผันที่มีนัยสำคัญของแอมพลิจูดของ LDT ภายใต้ระยะเวลาพัลส์ที่แตกต่างกันเป็นผลมาจากกลไกความเสียหายของเลเซอร์ตามระยะเวลาพัลส์ สำหรับเลเซอร์ระดับนาโนวินาทีหรือนานกว่านั้นเลเซอร์พัลส์กลไกหลักที่ทำให้เกิดความเสียหายคือความร้อนจากความร้อน วัสดุเคลือบและสารตั้งต้นของอุปกรณ์ออปติคัลดูดซับโฟตอนที่ตกกระทบและทำให้พวกมันร้อนขึ้น สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การบิดเบี้ยวของโครงตาข่ายคริสตัลของวัสดุได้ การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การแตกร้าว การหลอมละลาย และความเครียดของโครงตาข่ายเป็นกลไกความเสียหายจากความร้อนทั่วไปของสิ่งเหล่านี้แหล่งเลเซอร์.

อย่างไรก็ตาม สำหรับเลเซอร์ที่เร็วมาก ระยะเวลาของพัลส์นั้นเร็วกว่ามาตราส่วนเวลาของการถ่ายเทความร้อนจากเลเซอร์ไปยังโครงตาข่ายของวัสดุ ดังนั้นผลกระทบจากความร้อนจึงไม่ใช่สาเหตุหลักของความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ แต่กำลังสูงสุดของเลเซอร์ที่เร็วมากจะเปลี่ยนกลไกความเสียหายให้เป็นกระบวนการที่ไม่เชิงเส้น เช่น การดูดซับหลายโฟตอนและการแตกตัวเป็นไอออน ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะจำกัดระดับ LDT ของพัลส์นาโนวินาทีให้แคบลงให้เหลือเพียงพัลส์ที่เร็วมาก เนื่องจากกลไกทางกายภาพของความเสียหายนั้นแตกต่างกัน ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานเดียวกัน (เช่น ความยาวคลื่น ระยะเวลาพัลส์ และอัตราการเกิดซ้ำ) อุปกรณ์ออพติคอลที่มีอัตรา LDT สูงเพียงพอจะเป็นอุปกรณ์ออพติคัลที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณ เลนส์ที่ทดสอบภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันไม่ได้เป็นตัวแทนของประสิทธิภาพที่แท้จริงของเลนส์เดียวกันในระบบ

รูปที่ 1: กลไกของความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์โดยมีระยะเวลาพัลส์ต่างกัน