Uniquelaser ultrarapidepremière partie
Propriétés uniques de l'ultrarapidelasers
La durée d'impulsion ultracourte des lasers ultrarapides confère à ces systèmes des propriétés uniques qui les distinguent des lasers à impulsions longues ou à onde continue (CW). Pour générer une impulsion aussi courte, une large bande passante spectrale est nécessaire. La forme de l'impulsion et sa longueur d'onde centrale déterminent la bande passante minimale requise 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 de l'impulsion gaussienne est donné par la formule suivante : PTBGaussienne = ΔτΔν ≈ 0,441
Δτ est la durée de l'impulsion et Δv la bande passante de fréquence. En substance, l'équation montre qu'il existe une relation inverse entre la bande passante spectrale et la durée de l'impulsion, ce qui signifie que lorsque la durée de l'impulsion diminue, la bande passante nécessaire à sa génération augmente. La figure 1 illustre la bande passante minimale requise pour prendre en charge différentes durées d'impulsion.
Figure 1 : Bande passante spectrale minimale requise pour prendre en chargeimpulsions 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 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 problèmes réside dans la sortie à large spectre des lasers. Si vous avez principalement utilisé des lasers à impulsions longues ou à onde continue par le passé, votre parc de composants optiques actuel pourrait ne pas être en mesure de réfléchir ou de transmettre toute la bande passante des impulsions ultrarapides.
Seuil de dégâts laser
Les optiques ultrarapides présentent également des seuils de dommage laser (LDT) sensiblement différents et plus difficiles à franchir que les sources laser plus conventionnelles. Lorsque des optiques sont fournies pourlasers pulsés nanosecondesLes valeurs LDT sont généralement de l'ordre de 5 à 10 J/cm². Pour l'optique ultrarapide, des valeurs de cette ampleur sont pratiquement inédites, car elles sont plus susceptibles d'être de l'ordre de < 1 J/cm², généralement proches de 0,3 J/cm². La variation significative de l'amplitude LDT selon la durée des impulsions résulte du mécanisme d'endommagement laser basé sur la durée des impulsions. Pour les lasers nanosecondes ou pluslasers pulsés, le principal mécanisme responsable des dommages est l'échauffement thermique. Les matériaux de revêtement et de substrat dudispositifs optiquesIls absorbent les photons incidents et les chauffent. Cela peut entraîner une distorsion du réseau cristallin du matériau. La dilatation thermique, la fissuration, la fusion et la déformation du réseau sont les mécanismes de dégradation thermique courants de ces matériaux.sources laser.
Cependant, pour les lasers ultrarapides, la durée de l'impulsion est plus rapide que le temps de transfert de chaleur du laser au réseau du matériau ; l'effet thermique n'est donc pas la principale cause des dommages induits par le laser. En revanche, la puissance 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 de réduire simplement la valeur LDT d'une impulsion nanoseconde à celle 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 taux de répétition, par exemple), un dispositif optique présentant une valeur LDT suffisamment élevée sera le meilleur dispositif optique pour votre application spécifique. Les optiques testées dans des conditions différentes ne sont pas représentatives des performances réelles de ces mêmes optiques dans le système.
Figure 1 : Mécanismes des dommages induits par laser avec différentes durées d'impulsion
Date de publication : 24 juin 2024