Минимизация эффекта формирования "тепловой линзы" в системах для сверхкоротких импульсов. Обзор Edmund Optics
- Тепловое линзирование угрожает сделать бесполезными некоторые мощные системы для сверхкоротких импульсов;
- Существуют ограничения по снижению чувствительности усиливающих сред к тепловым эффектам;
- Внутрирезонаторная оптика может быть спроектирована так, чтобы минимизировать тепловое линзирование;
- Последние достижения в области высокодисперсных зеркал помогают решить эту проблему.
Короткая длительность импульса и высокая пиковая мощность импульсных лазеров делают их идеальными для широкого спектра применений, от обработки материалов до медицинских лазеров, нелинейной визуализации и микроскопии. Однако импульсные лазеры особенно чувствительны к тепловому линзированию, когда тепло вызывает деформацию усиливающей среды, внутрирезонаторной оптики или появление градиента показателя преломления. Это может быть вредным для систем, даже не позволяя им синхронизировать моды для создания импульсного пучка излучения. К счастью, достижения в области внутрирезонаторных зеркал с высокой дисперсией, разработанные партнером Edmund Optics UltraFast Innovations (UFI), позволили разработать оптику, которая испытывает незначительные тепловые эффекты.
Термическое линзирование является актуальной темой
Тепловое линзирование может происходить, если активная усиливающая среда более горячая вдоль оси луча по сравнению с остальной средой, что приводит к поперечному градиенту показателя преломления. Это может смещать лазерный резонатор, приводить к разным профилям лазерных мод и дрейфу при наведении луча. Внутрирезонаторные зеркала также являются важной частью импульсных генераторов, и тепловые эффекты также могут их искажать. При фокусировке луча в лазерном кристалле изменение радиуса кривизны зеркала может изменить положение фокуса и даже предотвратить синхронизацию мод импульсным лазером, что делает его бесполезным. Хотя мало что можно сделать для изменения внутренних тепловых свойств усиливающей среды, есть возможность тщательно выбрать правильные внутрирезонаторные зеркала, чтобы предотвратить тепловое линзирование.
Решение: специализированные высокодисперсные зеркала
Недавние разработки в области нанесения покрытий позволили разработать зеркала с высокой дисперсией и малыми потерями с незначительными тепловыми эффектами. Это достигается тщательной манипуляцией с различными параметрами оптических покрытий. Помимо термостойкости, зеркала должны обеспечивать высокую отражательную способность и отрицательную дисперсию групповой задержки (GDD), чтобы компенсировать положительную GDD, присутствующую в большинстве оптических сред. На рисунке показаны отражательная способность и дисперсию групповой задержки зеркала для сверхкоротких импульсов, высокодисперсного зеркала с незначительным тепловым линзированием, разработанного для использования с импульсными лазерами с длиной волны 1030 нм. Эти зеркала невероятно полезны для мощных твердотельных лазеров, таких как Yb:YAG, Nd:YAG, гольмиевый и тулиевый лазеры.
Спектральные характеристики и характеристики дисперсии групповой задержки высокодисперсного зеркала с незначительным тепловым линзированием
Тестирование тепловых характеристик
Зеркала с высокой дисперсией были протестированы, чтобы определить их уровень теплового линзирования. Инфракрасная камера использовалась для наблюдения за температурой внутрирезонаторных зеркал внутри Yb:YAG-лазера на тонких дисках в режиме непрерывной волны (CW). Зеркало с высокой отражающей способностью и GDD равная -3000 фс2 без новой технологии уменьшения теплового линзирования испытывало повышение температуры более чем на 50K. Это привело к ухудшениям моды лазера и стабильности генератора. Однако высокодисперсные зеркала с GDD равной -1000 фс2 и -3000 фс2 были протестированы на той же установке и испытали изменения температуры на 10K и 20K соответственно. Эти зеркала не показали заметных термически индуцированных эффектов на стабильность моды или генератора, и лазер мог работать так, как задумано.
Зеркало с высокой отражающей способностью без новых покрытий с низким термическим линзированием
Зеркало с низким тепловым линзированием и GDD равной -1000 фс2
Зеркало с низким тепловым линзированием и GDD равной -3000 фс2
