ليزر فائق السرعة فريد من نوعه الجزء الأول

فريدليزر فائق السرعةالجزء الأول

خصائص فريدة من نوعها فائق السرعةالليزر
تمنح مدة النبضة القصيرة جدًا لليزر فائق السرعة هذه الأنظمة خصائص فريدة تميزها عن ليزر النبض الطويل أو الليزر ذو الموجة المستمرة (CW). ومن أجل توليد مثل هذه النبضة القصيرة، يلزم وجود نطاق ترددي واسع النطاق. يحدد شكل النبضة والطول الموجي المركزي الحد الأدنى لعرض النطاق المطلوب لتوليد نبضات لمدة معينة. عادة، يتم وصف هذه العلاقة من حيث منتج النطاق الترددي الزمني (TBP)، المشتق من مبدأ عدم اليقين. يتم إعطاء TBP للنبض الغوسي بالصيغة التالية: TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ هي مدة النبضة و Δv هو عرض النطاق الترددي. في جوهرها، توضح المعادلة أن هناك علاقة عكسية بين عرض نطاق الطيف ومدة النبضة، مما يعني أنه مع انخفاض مدة النبضة، يزداد عرض النطاق المطلوب لتوليد تلك النبضة. ويوضح الشكل 1 الحد الأدنى لعرض النطاق المطلوب لدعم عدة فترات نبضية مختلفة.

الشكل 1: الحد الأدنى لعرض النطاق الترددي الطيفي المطلوب للدعمنبضات الليزر10 ps (أخضر)، 500 fs (أزرق)، و50 fs (أحمر)

التحديات التقنية لليزر فائق السرعة
يجب إدارة عرض النطاق الترددي الطيفي الواسع وقوة الذروة ومدة النبضة القصيرة لليزر فائق السرعة بشكل صحيح في نظامك. غالبًا ما يكون أحد أبسط الحلول لهذه التحديات هو إنتاج الليزر واسع النطاق. إذا كنت قد استخدمت بشكل أساسي أشعة ليزر نبضية أطول أو ليزر موجة مستمرة في الماضي، فقد لا يتمكن مخزونك الحالي من المكونات الضوئية من عكس أو نقل النطاق الترددي الكامل للنبضات فائقة السرعة.

عتبة الضرر بالليزر
تتميز البصريات فائقة السرعة أيضًا بأنها مختلفة بشكل كبير وأكثر صعوبة في التنقل بين عتبات تلف الليزر (LDT) مقارنة بمصادر الليزر التقليدية. عندما يتم توفير البصريات لليزر نبضي بالنانو ثانية، تكون قيم LDT عادةً في حدود 5-10 J/cm2. بالنسبة للبصريات فائقة السرعة، لم يُسمع عن قيم بهذا الحجم عمليًا، حيث من المرجح أن تكون قيم LDT في حدود <1 J/cm2، وعادة ما تكون أقرب إلى 0.3 J/cm2. إن التباين الكبير في سعة LDT في فترات النبض المختلفة هو نتيجة لآلية تلف الليزر بناءً على فترات النبض. لأشعة الليزر النانو ثانية أو أطولالليزر النبضيالآلية الرئيسية التي تسبب الضرر هي التسخين الحراري. مواد الطلاء والركيزةالأجهزة البصريةامتصاص الفوتونات الساقطة وتسخينها. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تشويه الشبكة البلورية للمادة. يعد التمدد الحراري والتشقق والذوبان وإجهاد الشبكة من آليات الضرر الحراري الشائعةمصادر الليزر.

ومع ذلك، بالنسبة لليزر فائق السرعة، تكون مدة النبضة نفسها أسرع من المقياس الزمني لانتقال الحرارة من الليزر إلى الشبكة المادية، وبالتالي فإن التأثير الحراري ليس هو السبب الرئيسي للضرر الناجم عن الليزر. وبدلاً من ذلك، تعمل القوة القصوى لليزر فائق السرعة على تحويل آلية الضرر إلى عمليات غير خطية مثل امتصاص الفوتونات المتعددة والتأين. ولهذا السبب ليس من الممكن ببساطة تضييق تصنيف LDT لنبضة النانو ثانية إلى نبضة فائقة السرعة، لأن الآلية الفيزيائية للضرر مختلفة. ولذلك، في ظل نفس ظروف الاستخدام (على سبيل المثال، الطول الموجي، ومدة النبضة، ومعدل التكرار)، فإن الجهاز البصري ذو تصنيف LDT العالي بما فيه الكفاية سيكون أفضل جهاز بصري لتطبيقك المحدد. البصريات التي تم اختبارها في ظل ظروف مختلفة لا تمثل الأداء الفعلي لنفس البصريات في النظام.

الشكل 1: آليات الضرر الناجم عن الليزر مع فترات نبض مختلفة