독특한 초고속 레이저 1부

고유한초고속 레이저1부

초고속의 독특한 특성레이저
초고속 레이저의 매우 짧은 펄스 지속 시간은 이러한 시스템에 장 펄스 또는 연속파(CW) 레이저와 구별되는 고유한 특성을 제공합니다. 이러한 짧은 펄스를 생성하려면 넓은 스펙트럼 대역폭이 필요합니다. 펄스 모양과 중심 파장은 특정 기간의 펄스를 생성하는 데 필요한 최소 대역폭을 결정합니다. 일반적으로 이 관계는 불확정성 원리에서 파생된 시간-대역폭 곱(TBP)으로 설명됩니다. 가우스 펄스의 TBP는 다음 공식으로 제공됩니다. TBPGaussian=ΔτΔν≒0.441
Δτ는 펄스 지속 시간이고 Δv는 주파수 대역폭입니다. 본질적으로 방정식은 스펙트럼 대역폭과 펄스 지속 시간 사이에 역의 관계가 있음을 보여줍니다. 즉, 펄스 지속 시간이 감소함에 따라 해당 펄스를 생성하는 데 필요한 대역폭이 증가한다는 의미입니다. 그림 1은 다양한 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 및 짧은 펄스 지속 시간은 시스템에서 적절하게 관리되어야 합니다. 종종 이러한 문제에 대한 가장 간단한 솔루션 중 하나는 레이저의 광범위한 스펙트럼 출력입니다. 과거에 주로 더 긴 펄스나 연속파 레이저를 사용해 왔다면 기존의 광학 부품 재고가 초고속 펄스의 전체 대역폭을 반사하거나 전송하지 못할 수도 있습니다.

레이저 손상 임계값
또한 초고속 광학 장치는 기존의 레이저 소스에 비해 레이저 손상 임계값(LDT)을 탐색하는 것이 상당히 다르고 더 어렵습니다. 광학 장치가 제공되는 경우나노초 펄스 레이저, LDT 값은 일반적으로 5-10 J/cm2 정도입니다. 초고속 광학의 경우 LDT 값은 <1 J/cm2 정도, 일반적으로 0.3 J/cm2에 가까우므로 이 크기의 값은 사실상 들어본 적이 없습니다. 다양한 펄스 지속 시간에서 LDT 진폭의 상당한 변화는 펄스 지속 시간을 기반으로 한 레이저 손상 메커니즘의 결과입니다. 나노초 이상의 레이저용펄스 레이저, 손상을 일으키는 주요 메커니즘은 열 가열입니다. 코팅 및 기판 재료광학 장치입사 광자를 흡수하여 가열합니다. 이로 인해 재료의 결정 격자가 왜곡될 수 있습니다. 열 팽창, 균열, 용융 및 격자 변형은 이들의 일반적인 열 손상 메커니즘입니다.레이저 소스.

그러나 초고속 레이저의 경우 펄스 지속 시간 자체가 레이저에서 재료 격자로 열이 전달되는 시간 규모보다 빠르므로 열 효과는 레이저로 인한 손상의 주요 원인이 아닙니다. 대신, 초고속 레이저의 최고 출력은 손상 메커니즘을 다중 광자 흡수 및 이온화와 같은 비선형 프로세스로 변환합니다. 손상의 물리적 메커니즘이 다르기 때문에 나노초 펄스의 LDT 등급을 초고속 펄스의 LDT 등급으로 간단히 좁힐 수 없는 이유가 여기에 있습니다. 따라서 동일한 사용 조건(예: 파장, 펄스 지속 시간 및 반복 속도)에서 LDT 등급이 충분히 높은 광학 장치는 특정 응용 분야에 가장 적합한 광학 장치가 될 것입니다. 다양한 조건에서 테스트된 광학 장치는 시스템에서 동일한 광학 장치의 실제 성능을 대표하지 않습니다.

그림 1: 다양한 펄스 지속 시간에 따른 레이저 유도 손상 메커니즘