Uniquelaser ultrarapidepremière partie
Propriétés uniques de l'ultra-rapidelasers
La durée d'impulsion ultracourte des lasers ultrarapides confère à ces systèmes des propriétés uniques qui les distinguent des lasers à impulsion longue ou à onde continue (CW). La génération d'une impulsion aussi courte requiert une large bande passante spectrale. La forme de l'impulsion et sa longueur d'onde centrale déterminent la bande passante minimale nécessaire pour générer des impulsions d'une durée donnée. Cette relation est généralement décrite par le produit temps-bande passante (PTB), dérivé du principe d'incertitude. Le PTB d'une impulsion gaussienne est donné par la formule suivante : PTBgaussienne = ΔτΔν ≈ 0,441.
Δτ représente la durée de l'impulsion et Δv la bande passante. L'équation montre qu'il existe une relation inverse entre la bande passante spectrale et la durée de l'impulsion : plus la durée de l'impulsion diminue, plus la bande passante nécessaire à sa génération augmente. La figure 1 illustre la bande passante minimale requise pour différentes durées d'impulsion.
Figure 1 : Bande passante spectrale minimale requise pour la prise en chargeimpulsions laserde 10 ps (vert), 500 fs (bleu) et 50 fs (rouge)
Les défis techniques des lasers ultrarapides
La large bande spectrale, la puissance de crête et la courte durée d'impulsion des lasers ultrarapides doivent être correctement gérées dans votre système. Souvent, l'une des solutions les plus simples à ces défis consiste à utiliser des lasers à large spectre. Si vous avez principalement utilisé des lasers à impulsions longues ou à onde continue par le passé, votre stock actuel de composants optiques pourrait ne pas être en mesure de réfléchir ou de transmettre la totalité de la bande passante des impulsions ultrarapides.
seuil de dommage laser
Les systèmes optiques ultrarapides présentent également des seuils d'endommagement laser (LDT) nettement différents et plus difficiles à maîtriser que les sources laser conventionnelles. Lorsque des systèmes optiques sont utilisés pourlasers pulsés nanosecondesLes valeurs de seuil de dommage laser (LDT) sont généralement de l'ordre de 5 à 10 J/cm². Pour l'optique ultrarapide, de telles valeurs sont pratiquement inédites, le LDT étant plus souvent inférieur à 1 J/cm², et généralement plus proche de 0,3 J/cm². La variation significative de l'amplitude du LDT en fonction de la durée d'impulsion est due au mécanisme d'endommagement laser, lui-même dépendant de la durée d'impulsion. Pour les lasers nanosecondes ou plus longs, le LDT présente des valeurs plus élevées.lasers pulsésLe principal mécanisme à l'origine des dommages est l'échauffement thermique. Les matériaux de revêtement et de substrat dedispositifs optiquesLes matériaux absorbent les photons incidents et les chauffent. Cela peut entraîner une distorsion du réseau cristallin. La dilatation thermique, la fissuration, la fusion et la déformation du réseau sont les mécanismes de dommages thermiques courants.sources laser.
Cependant, pour les lasers ultrarapides, la durée d'impulsion est inférieure au temps de transfert thermique du laser vers le réseau cristallin du matériau. L'effet thermique n'est donc pas la principale cause des dommages induits par laser. En effet, la puissance de crête du laser ultrarapide transforme le mécanisme de dommage en processus non linéaires tels que l'absorption multiphotonique et l'ionisation. C'est pourquoi il est impossible d'extrapoler directement le seuil de dommage laser (LDT) d'une impulsion nanoseconde à celui d'une impulsion ultrarapide, car le mécanisme physique de dommage est différent. Par conséquent, dans des conditions d'utilisation identiques (longueur d'onde, durée d'impulsion et fréquence de répétition), un dispositif optique présentant un LDT suffisamment élevé sera le plus adapté à votre application. Les performances réelles d'optiques testées dans des conditions différentes ne sont pas représentatives de celles d'optiques identiques au sein du système.
Figure 1 : Mécanismes des dommages induits par laser en fonction de la durée d'impulsion
Date de publication : 24 juin 2024