Pulskompressionsrechner
Puls-Kompression und Pulsdehnung sind wesentliche Techniken in Ultrakurzpulslasersystemen, die es Femtosekundenlasern ermöglichen, hohe Pulsenergien bei gleichzeitig hervorragender Strahlqualität und Langzeitstabilität zu liefern. Diese Funktionen werden üblicherweise mithilfe von Quarzglas-Transmissionsgittern implementiert, die einen hohen Wirkungsgrad, geringe Verluste und eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit bieten.
In einem typischen Pulskompressor oder Pulsdehner sind zwei Transmissionsgitter in einer Doppelpass-Anordnung angeordnet, wie unten dargestellt. Die Leistung des Systems wird in erster Linie durch seine Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) und Dispersion dritter Ordnung (TOD) charakterisiert. Diese Parameter hängen von der Laserwellenlänge, der Transmissionsgitter-Strichzahl, dem Gitterabstand und dem Einfallswinkel auf das erste Transmissionsgitter ab.
Verwenden Sie den unten stehenden Rechner zur Puls-Kompression, um die GDD und TOD Ihres gitterbasierten Pulskompressors oder Pulsdehners zu berechnen. Der Rechner hilft Laser-Ingenieuren und Systemdesignern dabei, Dispersionscharakteristika schnell zu bewerten und die Leistung von Ultrakurzpulslasersystemen zu optimieren.
Puls-Kompression Theorie
Puls-Kompression und Pulsdehnung sind grundlegende Techniken in Ultrakurzpulslasersystemen. Durch das Einbringen einer kontrollierten Menge an chromatischer Dispersion kann ein Puls vor der Verstärkung gedehnt und anschließend wieder auf nahezu seine ursprüngliche Dauer komprimiert werden. Dieser als Chirped Pulse Amplification (CPA) bekannte Ansatz ermöglicht es Femtosekundenlasern, hohe Spitzenleistungen zu erzielen, während gleichzeitig Schäden an optischen Komponenten während der Verstärkung vermieden werden.
Transmissionsgitter-Pulskompressoren und -dehner bestehen typischerweise aus zwei Beugungsgittern in einer Doppelpass-Geometrie. Da verschiedene Wellenlängenkomponenten unterschiedliche optische Weglängen durch das system zurücklegen, erfährt der Puls eine wellenlängenabhängige Verzögerung, die gemeinhin durch die Gruppenlaufzeitdispersion (GDD) und die Dispersion dritter Ordnung (TOD) beschrieben wird.
Gruppenlaufzeitdispersion (GDD)
| GDD = | λ3LG2 | ; | X = λG – sin(α) | |
| πc2(1 – X2)3/2 |
wobei:
- λ ist die Laserwellenlänge
- L ist der Abstand zwischen den Transmissionsgittern
- G ist die Strichzahl des Transmissionsgitters
- c ist die Lichtgeschwindigkeit
- α ist der Einfallswinkel (AOI)
Ein größerer Gitterabstand erhöht den Betrag der GDD, was zu einer stärkeren Pulsdehnung oder -kompression führt.
Dispersion dritter Ordnung (TOD)
Während die GDD die Gesamtpulsdauer bestimmt, gewinnt die Dispersion dritter Ordnung bei ultrakurzen Pulsen, insbesondere unter 100 fs, zunehmend an Bedeutung. Eine übermäßige TOD kann zu Pulsasymmetrie, zeitlichen Nebenmaxima und unvollständiger Pulskompression führen.
Für ein Transmissionsgitterpaar beträgt die TOD:
| TOD = | 3λ4LG2 | 1 – Xsin(α) | ; | X = λG – sin(α) | ||
| 2π2c3 | (1 – X2)5/2 |
Die TOD steigt mit dem Gitterabstand sowie der Wellenlänge und wird zu einem kritischen Designparameter bei der Optimierung von Hochleistungs-Femtosekunden- und Ultrakurzpuls-Lasersystemen.
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