فريد من نوعه ليزر فريد من نوعه

فريدليزر فائق السرعةالجزء الأول

خصائص فريدة من الفائقالليزر
تمنح مدة النبض الفائقة للليزر فائق السرعة هذه الأنظمة خصائص فريدة تميزها عن الليزر النار أو الموجة المستمرة (CW). من أجل توليد مثل هذا النبض القصير ، يلزم عرض نطاق واسع الطيف. يحدد شكل النبض والطول الموجي المركزي الحد الأدنى لعرض النطاق الترددي المطلوب لتوليد نبضات بمدة معينة. عادةً ما يتم وصف هذه العلاقة من حيث منتج العرض الزمني (TBP) ، والذي يتم اشتقاقه من مبدأ عدم اليقين. يتم إعطاء TBP من النبض الغوسي بواسطة الصيغة التالية: tbpgaussian = Δτδν≈0.441
Δτ هي مدة النبض و ΔV هي عرض التردد. في جوهرها ، تبين المعادلة أن هناك علاقة عكسية بين عرض النطاق الترددي الطيف ومدة النبض ، مما يعني أنه مع انخفاض مدة النبض ، يزداد عرض النطاق الترددي لتوليد النبض. يوضح الشكل 1 الحد الأدنى من النطاق الترددي المطلوب لدعم العديد من فترات النبض المختلفة.

الشكل 1: الحد الأدنى من النطاق الترددي الطيفي المطلوب لدعمهنبضات الليزرمن 10 ps (أخضر) ، 500 FS (الأزرق) ، و 50 FS (أحمر)

التحديات الفنية لليزر الفائق السرعة
يجب إدارة عرض النطاق الترددي الطيفي الواسع ، وقوة الذروة ، ومدة النبض القصيرة للليزر الفائق السرعة في نظامك. غالبًا ما يكون أحد أبسط الحلول لهذه التحديات هو إخراج الطيف الواسع من الليزر. إذا كنت قد استخدمت في المقام الأول ليزر النبض أو الموجة المستمرة في الماضي ، فقد لا يكون مخزونك الحالي من المكونات البصرية قادرة على التفكير أو نقل النطاق الترددي الكامل للنبضات الفائقة.

عتبة أضرار الليزر
كما أن البصريات الفائقة السرعة لديها اختلاف كبير وأكثر صعوبة للتنقل في عتبات تلف الليزر (LDT) مقارنة بمصادر الليزر التقليدية. عندما يتم توفير البصريات لأشعة الليزر النبضي النانوية، عادة ما تكون قيم LDT في ترتيب 5-10 J/CM2. بالنسبة للبصريات الفائقة السرعة ، لا يتم تسهيل قيم هذا الحجم عمليًا ، حيث من المرجح أن تكون قيم LDT بترتيب <1 J/CM2 ، وعادة ما تكون أقرب إلى 0.3 J/CM2. الاختلاف الكبير في سعة LDT تحت فترات النبض المختلفة هو نتيجة لآلية تلف الليزر على أساس فترات النبض. لليزر نانو ثانية أو أكثرالليزر النبضي، الآلية الرئيسية التي تسبب الضرر هي التدفئة الحرارية. مواد الطلاء والركيزة منالأجهزة البصريةامتصاص الفوتونات الحادث وتسخينها. هذا يمكن أن يؤدي إلى تشويه الشبكة البلورية للمادة. التوسع الحراري والتكسير والذوبان وسلالة الشبكة هي آليات الأضرار الحرارية الشائعة لهذهمصادر الليزر.

ومع ذلك ، بالنسبة لليزر الفائق السرعة ، تكون مدة النبض نفسها أسرع من المقياس الزمني لنقل الحرارة من الليزر إلى الشبكة المادية ، وبالتالي فإن التأثير الحراري ليس هو السبب الرئيسي للتلف الناجم عن الليزر. بدلاً من ذلك ، تحول قوة الذروة للليزر فائق السرعة آلية الضرر إلى عمليات غير خطية مثل امتصاص الفوتون المتعدد والتأين. هذا هو السبب في أنه لا يمكن ببساطة تضييق تصنيف LDT لنبض النانو ثانية إلى نبض فائق السرعة ، لأن الآلية الفيزيائية للتلف مختلفة. لذلك ، في ظل نفس الظروف للاستخدام (على سبيل المثال ، سيكون الطول الموجي ومدة النبض ومعدل التكرار) ، وهو جهاز بصري مع تصنيف LDT مرتفع بما فيه الكفاية هو أفضل جهاز بصري لتطبيقك المحدد. لا تمثل البصريات التي تم اختبارها في ظل ظروف مختلفة الأداء الفعلي لنفس البصريات في النظام.

الشكل 1: آليات الضرر الناجم عن الليزر مع فترات النبض المختلفة