독특한 초고속 레이저 1부

고유한초고속 레이저1부

초고속의 독특한 특성레이저
초고속 레이저의 초단 펄스 지속 시간은 이러한 시스템에 장펄스 또는 연속파(CW) 레이저와 구별되는 고유한 특성을 부여합니다. 이처럼 짧은 펄스를 생성하려면 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 표현됩니다. 가우시안 펄스의 TBP는 다음 공식으로 주어집니다. TBP 가우시안 = 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 감소함에 따라 해당 펄스를 생성하는 데 필요한 대역폭이 증가합니다. 그림 1은 여러 펄스 지속 시간을 지원하는 데 필요한 최소 대역폭을 보여줍니다.

그림 1: 지원에 필요한 최소 스펙트럼 대역폭레이저 펄스10ps(녹색), 500fs(파란색), 50fs(빨간색)

초고속 레이저의 기술적 과제
초고속 레이저의 넓은 스펙트럼 대역폭, 피크 전력, 그리고 짧은 펄스 지속 시간은 시스템에서 적절히 관리되어야 합니다. 이러한 과제를 해결하는 가장 간단한 방법 중 하나는 레이저의 넓은 스펙트럼 출력을 확보하는 것입니다. 과거에 주로 장펄스 또는 연속파 레이저를 사용했다면, 기존 광학 부품으로는 초고속 펄스의 전체 대역폭을 반사하거나 전송하지 못할 수 있습니다.

레이저 손상 임계값
초고속 광학 장치는 기존 레이저 소스와 비교하여 레이저 손상 임계값(LDT)이 상당히 다르고 측정하기 더 어렵습니다. 광학 장치가 제공될 때나노초 펄스 레이저LDT 값은 일반적으로 5~10 J/cm² 정도입니다. 초고속 광학의 경우, 이 정도의 값은 거의 전례가 없습니다. LDT 값이 1 J/cm² 미만, 보통 0.3 J/cm²에 가까울 가능성이 높기 때문입니다. 펄스 지속 시간에 따른 LDT 진폭의 상당한 변화는 펄스 지속 시간에 따른 레이저 손상 메커니즘의 결과입니다. 나노초 레이저 또는 그 이상의 레이저의 경우,펄스 레이저손상을 일으키는 주요 메커니즘은 열 가열입니다. 코팅 및 기판 재료광학 장치입사 광자를 흡수하여 가열합니다. 이는 재료의 결정 격자 변형으로 이어질 수 있습니다. 열팽창, 균열, 용융 및 격자 변형은 이러한 재료의 일반적인 열 손상 메커니즘입니다.레이저 소스.

그러나 초고속 레이저의 경우 펄스 지속 시간 자체가 레이저에서 재료 격자로의 열 전달 시간 척도보다 빠르므로 열 효과가 레이저 유도 손상의 주요 원인이 아닙니다. 대신 초고속 레이저의 피크 전력은 손상 메커니즘을 다중 광자 흡수 및 이온화와 같은 비선형 프로세스로 변환합니다. 손상의 물리적 메커니즘이 다르기 때문에 나노초 펄스의 LDT 등급을 초고속 펄스의 등급으로 간단히 좁힐 수 없는 이유입니다. 따라서 동일한 사용 조건(예: 파장, 펄스 지속 시간 및 반복률)에서 충분히 높은 LDT 등급을 가진 광학 소자가 특정 응용 분야에 가장 적합한 광학 소자가 됩니다. 다른 조건에서 테스트된 광학 소자는 시스템에서 동일한 광학 소자의 실제 성능을 나타내는 것은 아닙니다.

그림 1: 펄스 지속 시간이 다른 레이저 유도 손상 메커니즘