eo_logo
  • Land/Region
  • cart   
 

Wie wir Ultrakurzpuls-Systemen helfen können, „einen kühlen Kopf“ zu bewahren

 

Thermische Linseneffekte können Ultrakurzpuls-Systeme mit hoher Leistung unbrauchbar machen

 

Die Möglichkeiten, Verstärkungsmedien weniger sensibel für thermische Effekte zu machen, sind begrenzt

 

Optiken im Resonator können den thermischen Linseneffekt minimieren

 

Jüngste Fortschritte im Bereich hochdispersiver Spiegel tragen zu einer Problemlösung bei

Die kurze Pulsdauer und die hohen Spitzenleistungen bei Ultrakurzpulslasern machen sie ideal für eine Vielzahl von Einsatzgebieten von der Materialbearbeitung über medizinische Laser bis zu nicht-linearer Bildgebung und Mikroskopie. Ultrakurzpulslaser sind allerdings sehr anfällig für den thermischen Linseneffekt, bei dem sich entweder das Verstärkungsmedium oder Optiken im Resonator verformen oder einen veränderten Brechungsindex aufweisen. Dies kann bei Ultrakurzpuls-Systemen sehr schädlich sein und sogar die Modenkopplung zur Erzeugung eines gepulsten Strahls verhindern. Fortschritte bei der Herstellung von hochdispersiven Resonatorspiegeln durch UltraFast Innovations (UFI), einem Partner von Edmund Optics, ermöglichen aber glücklicherweise die Entwicklung von Optiken, bei denen nur geringe thermische Effekte auftreten.

 Warum sind thermische Linseneffekte ein „brenzliges“ Thema?

Der thermische Linseneffekt tritt auf, wenn ein aktives Verstärkungsmedium entlang der Strahlachse im Vergleich zum Rest des Mediums wärmer ist und so eine transversale Brechungsindexänderung erzeugt wird. Dies kann zu einer Fehlausrichtung des Laserresonators und somit zu abweichenden Lasermodenprofilen und einer Verschiebung der Strahlausrichtung führen. Resonatorspiegel sind ein wichtiger Teil von Ultrakurzpuls-Oszillatoren, die ebenfalls durch thermische Effekte beeinflusst werden können. Wenn ein Strahl in einem Laserkristall fokussiert wird, kann eine Veränderung des Krümmungsradius des Spiegels die Fokusposition verändern und sogar die Modenkopplung in einem Ultrakurzpulslaser verhindern, sodass dieser wirkungslos wird. Während die thermischen Eigenschaften des Verstärkungsmediums nicht verändert werden können, kann durch die Wahl des richtigen Resonatorspiegels der thermische Linseneffekt verhindert werden.

 Die Lösung: Hochdispersive Ultrakurzpulsspiegel

Jüngste Entwicklungen im Bereich der Beschichtungen ermöglichen die Herstellung von hochdispersiven Spiegeln mit geringem Verlust und vernachlässigbaren thermischen Effekten. Dies wird durch die sorgfältige Veränderung von verschiedenen Parametern der optischen Beschichtung erreicht. Zusätzlich zu der thermischen Stabilität müssen die Spiegel auch eine hohe Reflexion und eine negative Gruppenverzögerungsdispersion (GDD) bieten, um die positive GDD der meisten optischen Medien zu kompensieren. Abbildung 1 zeigt die Reflektivität und GDD von #17-070 (oder UFI-Artikelnummer HD64), einem hochdispersiven Spiegel mit reduziertem thermischem Effekt, der für Ultrakurzpulslaser mit 1030 nm entwickelt wurde. Die Spiegel sind unglaublich wertvoll für Festkörperlaser mit hoher Leistung wie Yb:YAG-, Nd:YAG-, Holmium- und Thulium-Laser.

Spektrale Leistung und GDD von #17-070 oder Artikelnummer HD64 bei UltraFast Innovations, einem hochdispersiven Spiegel für 1030 nm mit reduziertem thermischem Linseneffekt.
Abbildung 1: Spektrale Leistung und GDD von #17-070 oder Artikelnummer HD64 bei UltraFast Innovations, einem hochdispersiven Spiegel für 1030 nm mit reduziertem thermischem Linseneffekt.

Test der thermischen Effekte

Die neuen hochdispersiven Spiegel wurden getestet, um die Stärke des thermischen Linseneffekts zu bestimmen. Zur Überwachung der Temperatur der Resonatorspiegel in einem Yb:YAG-Scheibenlaser bei kontinuierlichem Betrieb (CW) wurde eine Infrarot-Kamera (FLIR SC305) eingesetzt. Bei einem typischen hochreflektierenden Spiegel mit einer GDD von -3000 fs2 ohne die neue Technologie zur Reduzierung des thermischen Linseneffekts entsteht ein Temperaturanstieg von >50 K (Abbildung 2). Dies erzeugte eine Verschlechterung der Lasermode und der Schwingungsstabilität. Dagegen wurden hochdispersive Spiegel mit GDDs von -1000 fs2 und -3000 fs2 im gleichen Aufbau getestet und es entstand nur eine Temperaturänderung von 10 K bzw. 20 K (Abbildung 3 und 4). Die Spiegel zeigten keinen wahrnehmbaren thermisch-induzierten Effekt auf die Mode oder Schwingungsstabilität und der Laser funktionierte einwandfrei.

Der hochreflektierende Spiegel ohne die neue Technologie zur Reduzierung des thermischen Linseneffekts erzeugt eine Temperaturänderung von 57 K und führt zu einer Verschlechterung der Systemleistung.
Abbildung 2: Der hochreflektierende Spiegel ohne die neue Technologie zur Reduzierung des thermischen Linseneffekts erzeugt eine Temperaturänderung von 57 K und führt zu einer Verschlechterung der Systemleistung.
Der Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt und einer GDD von -1000 fs2 erzeugt eine Temperaturänderung von 10 K und keine detektierbare thermisch-induzierte Verschlechterung der Leistung.
Abbildung 3: Der Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt und einer GDD von -1000 fs2 erzeugt eine Temperaturänderung von 10 K und keine detektierbare thermisch-induzierte Verschlechterung der Leistung.
Der Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt und einer GDD von -3000 fs2 erzeugt eine Temperaturänderung von 20 K und keine detektierbare thermisch-induzierte Verschlechterung der Leistung.
Abbildung 4: Der Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt und einer GDD von -3000 fs2 erzeugt eine Temperaturänderung von 20 K und keine detektierbare thermisch-induzierte Verschlechterung der Leistung.

Ultrakurzpulsspiegel mit geringem thermischem Linseneffekt bei Edmund Optics®

UFI

UltraFast Innovations (UFI) Hochdispersive Ultrakurzpulsspiegel für 1030 nm mit reduziertem thermischem Linseneffekt

  • Hochdispersive Ultrakurzpulsbeschichtung mit reduziertem thermischem Linseneffekt
  • Hohe negative GDD von -1000 fs2 bei 5° Einfallswinkel
  • Minimale Reflexion >99,5% (p-Polarisation) über 50 nm Bandbreite
  • Ideal zur Erzeugung von ultrakurzen Laserpulsen mit hoher Leistung
UFI

Kundenspezifische Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt

Benötigen Sie einen Spiegel mit anderer Wellenlänge oder GDD? Lassen Sie uns wissen, welche Spezifikationen Sie brauchen! Edmund Optics® und UltraFast Innovations werden zusammen den passenden Spiegel für Sie herstellen.

Referenzen

  1. O. Pronin “Towards a Compact Thin-Disk-Based Femtosecond XUV Source”, Dissertation an der Fakultät für Physik der Ludwig–Maximilians–Universität, München, 2012.

Häufig gestellte Fragen

Dr. Vladimir Pervak, weltbekannter Experte von UltraFast Innovations im Bereich Ultrakurzpulsbeschichtungen, beantwortet einige häufig gestellte Kundenfragen.

FAQ   Werden Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt für Ti:Saphir-Laser benötigt?
Nein, typischerweise ist die durchschnittliche Leistung der Ti:Saphir-Laser nicht hoch genug, um einen problematischen thermischen Linseneffekt zu erzeugen, sodass hochdispersive Spiegel ohne die Technologie zur thermischen Stabilisierung eingesetzt werden können. Ein geringer thermischer Linseneffekt ist dagegen wichtig für Festkörperlaser mit hoher Leistung wie Er:YAG-, Nd:YAG-, Holmium- und Thulium-Laser.
FAQ  Werden Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt für Faserlaser benötigt?

Nein, Faserlaser besitzen keinen Festkörper-Resonator, bei dem thermische Effekte auftreten können, sodass auch hier hochdispersive Spiegel ohne die Technologie zur thermischen Stabilisierung eingesetzt werden können. Ein geringer thermischer Linseneffekt ist dagegen wichtig für Festkörperlaser mit hoher Leistung wie Yb:YAG-, Nd:YAG-, Holmium- und Thulium-Laser.

FAQ  Kann ich Spiegel mit geringem thermischem Linseneffekt bei Edmund Optics kaufen?

Ja, Edmund Optics bietet Spiegel mit reduziertem thermischem Linseneffekt als Standardprodukte für die sofortige Lieferung an. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie einen solchen Spiegel (z. B. UFI Produktnummer HD73 oder andere) benötigen oder sprechen Sie mit uns über eine kundenspezifische Entwicklung.

FAQ  Haben alle hochdispersiven Spiegel einen vernachlässigbaren thermischen Linseneffekt?

Nein, die Erzeugung von Spiegeln mit geringem thermischem Linseneffekt erfordert eine sorgfältige Veränderung der Beschichtungsparameter und Abwägungen mit anderen Spezifikationen. Wenn thermische Effekte in Ihrer Anwendung eine Rolle spielen, müssen Optiken eingesetzt werden, die genau auf diese Anforderungen zugeschnitten sind.

Technische Informationen

Anwendungshinweise

Technische Informationen und Anwendungsbeispiele, darunter theoretische Grundlagen, Gleichungen, grafische Darstellungen und vieles mehr.

Dispersion bei Ultrakurzpulsen
Lesen  

Hochdispersive Spiegel
Lesen  

LIDT für Ultrakurzpulslaser
Lesen  

Ultrafast Lasers – The Basic Principles of Ultrafast Coherence
Lesen  

Thermische Eigenschaften von optischen Substraten
Lesen  

Videos

Die informativen Unternehmens- oder Schulungsvideos enthalten sowohl einfache Tipps als auch Demonstrationen von Anwendungen zur Verdeutlichung der Produktvorteile.

Highly-Dispersive Ultrafast Mirrors for Dispersion Compensation 
Anschauen  

Webinare

Hier finden Sie aufgezeichnete Webinare von Experten bei Edmund Optics® über Themen aus Optik und Bildverarbeitung.

Ultrakurzpulslaser-Optik: Herausforderungen und Lösungen 
Anschauen  

War dieser Inhalt nützlich für Sie?
 
Vertrieb & Beratung
 
weitere regionale Telefonnummern
Einfaches
ANGEBOTSTOOL
Geben Sie zum Starten die Produktnummer ein.


×