고유한초고속 레이저1부
초고속의 고유한 특성레이저
초고속 레이저의 극도로 짧은 펄스 지속 시간은 장펄스 레이저나 연속파(CW) 레이저와 구별되는 고유한 특성을 부여합니다. 이러한 짧은 펄스를 생성하기 위해서는 넓은 스펙트럼 대역폭이 필요합니다. 펄스 모양과 중심 파장은 특정 지속 시간의 펄스를 생성하는 데 필요한 최소 대역폭을 결정합니다. 일반적으로 이 관계는 불확정성 원리에서 유도된 시간-대역폭 곱(TBP)으로 설명됩니다. 가우시안 펄스의 TBP는 다음 공식으로 주어집니다. TBPGaussian=ΔτΔν≈0.441
Δτ는 펄스 지속 시간이고 Δv는 주파수 대역폭입니다. 본질적으로 이 방정식은 스펙트럼 대역폭과 펄스 지속 시간 사이에 반비례 관계가 있음을 보여줍니다. 즉, 펄스 지속 시간이 짧아질수록 해당 펄스를 생성하는 데 필요한 대역폭이 증가합니다. 그림 1은 여러 가지 펄스 지속 시간을 지원하는 데 필요한 최소 대역폭을 보여줍니다.
그림 1: 지원에 필요한 최소 스펙트럼 대역폭레이저 펄스10피코초(녹색), 500펨토초(파란색), 50펨토초(빨간색)
초고속 레이저의 기술적 과제
초고속 레이저의 넓은 스펙트럼 대역폭, 최대 출력 및 짧은 펄스 지속 시간은 시스템에서 적절하게 관리해야 합니다. 이러한 문제를 해결하는 가장 간단한 방법 중 하나는 레이저의 광대역 스펙트럼 출력을 활용하는 것입니다. 과거에 주로 장펄스 레이저 또는 연속파 레이저를 사용했다면 기존 광학 부품으로는 초고속 펄스의 전체 대역폭을 반사 또는 투과시키지 못할 수 있습니다.
레이저 손상 임계값
초고속 광학 장치는 기존 레이저 소스에 비해 레이저 손상 임계값(LDT)이 상당히 다르고 제어하기가 더 어렵습니다. 광학 장치가 다음과 같은 용도로 사용될 경우나노초 펄스 레이저일반적으로 LDT 값은 5~10 J/cm2 정도입니다. 초고속 광학 장치의 경우, LDT 값이 1 J/cm2 미만, 보통 0.3 J/cm2에 더 가깝기 때문에 이 정도 크기의 값은 거의 나타나지 않습니다. 펄스 지속 시간에 따른 LDT 진폭의 상당한 변화는 펄스 지속 시간에 기반한 레이저 손상 메커니즘의 결과입니다. 나노초 레이저 또는 그보다 긴 펄스의 경우펄스 레이저손상을 일으키는 주요 메커니즘은 열 가열입니다. 코팅 및 기판 재료는광학 장치입사하는 광자를 흡수하여 가열합니다. 이로 인해 재료의 결정 격자가 변형될 수 있습니다. 열팽창, 균열, 용융 및 격자 변형은 이러한 재료의 일반적인 열 손상 메커니즘입니다.레이저 소스.
하지만 초고속 레이저의 경우, 펄스 지속 시간 자체가 레이저에서 재료 격자로 열이 전달되는 시간보다 빠르기 때문에 열 효과가 레이저 유도 손상의 주요 원인이 아닙니다. 오히려 초고속 레이저의 최대 출력은 손상 메커니즘을 다중 광자 흡수 및 이온화와 같은 비선형 과정으로 변환시킵니다. 따라서 물리적 손상 메커니즘이 다르기 때문에 나노초 펄스의 LDT 등급을 초고속 펄스의 LDT 등급으로 단순히 한정할 수 없습니다. 그러므로 동일한 사용 조건(예: 파장, 펄스 지속 시간 및 반복률)에서 충분히 높은 LDT 등급을 가진 광학 장치가 특정 응용 분야에 가장 적합한 광학 장치가 될 것입니다. 서로 다른 조건에서 테스트된 광학 장치는 시스템 내에서 동일한 광학 장치의 실제 성능을 대표하지 않습니다.
그림 1: 펄스 지속 시간에 따른 레이저 유도 손상 메커니즘
게시 시간: 2024년 6월 24일