Laser ultrarapide unique partie un

Uniquelaser ultra-rapidepremière partie

Propriétés uniques de l'ultrafastlasers
La durée d'impulsion ultra-courte des lasers ultraft donne à ces systèmes des propriétés uniques qui les distinguent des lasers à long terme ou à onde continue (CW). Afin de générer une impulsion aussi courte, une bande passante à spectre large est requise. La forme d'impulsion et la longueur d'onde centrale déterminent la bande passante minimale requise pour générer des impulsions d'une durée particulière. En règle générale, cette relation est décrite en termes de produit de la bande passante temporelle (TBP), qui est dérivé du principe d'incertitude. La TBP de l'impulsion gaussienne est donnée par la formule suivante: TBPGAUSSIAN = Δτδν≈ 0,441
Δτ est la durée d'impulsion et ΔV est la bande passante de fréquence. En substance, l'équation montre qu'il existe une relation inverse entre la bande passante du spectre et la durée de l'impulsion, ce qui signifie qu'à mesure que la durée de l'impulsion diminue, la bande passante requise pour générer cette impulsion augmente. La figure 1 illustre la bande passante minimale requise pour prendre en charge plusieurs durées d'impulsion différentes.

Figure 1: bande passante spectrale minimale requise pour soutenirimpulsions laserde 10 ps (vert), 500 fs (bleu) et 50 fs (rouge)

Les défis techniques des lasers ultrarapides
La large bande passante spectrale, la puissance de pointe et la durée d'impulsion courte des lasers ultra-rapides doivent être correctement gérées dans votre système. Souvent, l'une des solutions les plus simples à ces défis est la sortie à large spectre des lasers. Si vous avez principalement utilisé des lasers d'impulsion ou d'ondes continues plus longs dans le passé, votre stock existant de composants optiques peut ne pas être en mesure de refléter ou de transmettre la bande passante complète des impulsions ultra-rapides.

Seuil de dégâts laser
Les optiques ultra-rapides ont également des seuils de dommage au laser significativement différents et plus difficiles à naviguer par rapport aux sources laser plus conventionnelles. Lorsque l'optique est fournie pourlasers pulsés nanosecondes, Les valeurs LDT sont généralement de l'ordre de 5-10 J / CM2. Pour les optiques ultra-rapides, les valeurs de cette ampleur sont pratiquement inconnues, car les valeurs LDT sont plus susceptibles d'être de l'ordre de <1 j / cm2, généralement plus près de 0,3 J / cm2. La variation significative de l'amplitude LDT sous différentes durées d'impulsion est le résultat d'un mécanisme de dommage au laser basé sur des durées d'impulsion. Pour les lasers nanosecondes ou pluslasers pulsés, Le principal mécanisme qui cause des dommages est le chauffage thermique. Les matériaux de revêtement et de substrat dudispositifs optiquesAbsorber les photons incidents et les chauffer. Cela peut entraîner une distorsion du réseau cristallin du matériau. La détente thermique, la fissuration, la fusion et la souche de réseau sont les mécanismes de dommages thermiques courantssources laser.

Cependant, pour les lasers ultra-rapides, la durée d'impulsion elle-même est plus rapide que l'échelle de temps du transfert de chaleur du laser au réseau de matériau, de sorte que l'effet thermique n'est pas la principale cause de dommages induits par le laser. Au lieu de cela, la puissance de pointe du laser ultrafast transforme le mécanisme de dommage en processus non linéaires tels que l'absorption et l'ionisation multi-photons. C'est pourquoi il n'est pas possible de simplement affiner la note LDT d'une impulsion nanoseconde à celle d'une impulsion ultra-rapide, car le mécanisme physique des dommages est différent. Par conséquent, dans les mêmes conditions d'utilisation (par exemple, la longueur d'onde, la durée d'impulsion et le taux de répétition), un dispositif optique avec une note LDT suffisamment élevée sera le meilleur appareil optique pour votre application spécifique. L'optique testée dans différentes conditions n'est pas représentative des performances réelles des mêmes optiques dans le système.

Figure 1: Mécanismes des dommages induits au laser avec différentes durées d'impulsion