ユニークな超高速レーザーパート1

個性的超高速レーザーパート1

超高速のユニークな特性レーザー
超高速レーザーのウルトラショートパルス期間は、これらのシステムを、長容量または連続波（CW）レーザーと区別する独自の特性を提供します。このような短いパルスを生成するには、広いスペクトル帯域幅が必要です。パルス形状と中心波長は、特定の持続時間のパルスを生成するために必要な最小帯域幅を決定します。通常、この関係は、不確実性の原則から派生した時刻帯域幅製品（TBP）の観点から説明されています。ガウスパルスのTBPは、次の式で与えられます：TBPGAUSSIAN =Δτδν≈0.441
Δτはパルス持続時間であり、ΔVは周波数帯域幅です。本質的に、方程式は、スペクトル帯域幅とパルス期間の間に逆の関係があることを示しています。つまり、パルスの持続時間が減少すると、そのパルスが増加するために必要な帯域幅が増加します。図1は、いくつかの異なるパルス期間をサポートするために必要な最小帯域幅を示しています。

図1：サポートに必要な最小スペクトル帯域幅レーザーパルス10 ps（緑）、500 fs（青）、50 fs（赤）の

超高速レーザーの技術的課題
超高速レーザーの広いスペクトル帯域幅、ピーク電力、および短いパルス期間は、システムで適切に管理する必要があります。多くの場合、これらの課題に対する最も単純な解決策の1つは、レーザーの広範なスペクトル出力です。過去に主に長いパルスまたは連続波レーザーを使用した場合、光学成分の既存のストックが超高速パルスの完全な帯域幅を反映または送信できない場合があります。

レーザー損傷のしきい値
また、超高速光学系は、より従来のレーザー源と比較して、レーザー損傷のしきい値（LDT）をナビゲートするのが大幅に異なり、より困難です。光学系が提供されている場合ナノ秒パルスレーザー、LDT値は通常、5〜10 j/cm2程度です。超高速光学系の場合、LDT値は通常0.3 j/cm2に近い<1 j/cm2程度である可能性が高いため、この大きさの値は実質的に前代未聞です。異なるパルス持続時間におけるLDT振幅の有意な変動は、パルス期間に基づくレーザー損傷メカニズムの結果です。ナノ秒レーザー以上の場合パルスレーザー、損傷を引き起こす主なメカニズムは熱加熱です。のコーティングおよび基質材料光学デバイス入射光子を吸収し、それらを加熱します。これにより、材料の結晶格子の歪みにつながる可能性があります。熱膨張、亀裂、融解、格子株は、これらの一般的な熱損傷メカニズムですレーザーソース.

ただし、超高速レーザーの場合、パルス持続時間自体は、レーザーから材料格子への熱伝達の時間スケールよりも速いため、熱効果はレーザー誘発損傷の主な原因ではありません。代わりに、超高速レーザーのピークパワーは、ダメージメカニズムを多光子吸収やイオン​​化などの非線形プロセスに変換します。これが、損傷の物理的メカニズムが異なるため、ナノ秒パルスのLDT定格を超高速パルスのLDT評価を単純に絞り込むことができない理由です。したがって、同じ使用条件（波長、パルス期間、繰り返し速度など）では、LDT定格が十分に高い光学デバイスが特定のアプリケーションに最適な光学デバイスになります。さまざまな条件下でテストされた光学系は、システム内の同じ光学系の実際のパフォーマンスを表していません。

図1：異なるパルス期間でレーザー誘発性の損傷のメカニズム