Prehľad pulzných laserov

Prehľadpulzné lasery

Najpriamejší spôsob generovanialaserimpulzov spočíva v pridaní modulátora na vonkajšiu stranu kontinuálneho lasera. Táto metóda dokáže vytvoriť najrýchlejší pikosekundový impulz, hoci je jednoduchá, ale plytvanie svetelnou energiou a špičkový výkon nemôžu prekročiť kontinuálny svetelný výkon. Preto je efektívnejším spôsobom generovania laserových impulzov modulácia v laserovej dutine, ukladanie energie v čase vypnutia sledu impulzov a jej uvoľňovanie v čase zapnutia. Štyri bežné techniky používané na generovanie impulzov prostredníctvom modulácie laserovej dutiny sú prepínanie zisku, Q-prepínanie (prepínanie strát), vyprázdňovanie dutiny a blokovanie módov.

Prepínač zosilnenia generuje krátke impulzy moduláciou výkonu čerpania. Napríklad polovodičové lasery s prepínaním zosilnenia dokážu generovať impulzy od niekoľkých nanosekúnd do stoviek pikosekúnd pomocou modulácie prúdu. Hoci je energia impulzu nízka, táto metóda je veľmi flexibilná, napríklad umožňuje nastaviteľnú opakovaciu frekvenciu a šírku impulzu. V roku 2018 výskumníci z Tokijskej univerzity oznámili femtosekundový polovodičový laser s prepínaním zosilnenia, čo predstavuje prelom v 40-ročnom technickom úzkom hrdle.

Silné nanosekundové impulzy sú vo všeobecnosti generované lasermi s Q-prepínaním, ktoré sú emitované v niekoľkých cykloch v dutine a energia impulzu je v rozsahu od niekoľkých milijoulov do niekoľkých joulov, v závislosti od veľkosti systému. Pikosekundové a femtosekundové impulzy so strednou energiou (vo všeobecnosti pod 1 μJ) sú generované hlavne lasermi s synchronizovaným režimom. V laserovom rezonátore sa nachádza jeden alebo viac ultrakrátkych impulzov, ktoré cyklicky cyklujú. Každý intrakavitačný impulz prenáša impulz cez výstupné spojovacie zrkadlo a refrekvencia je vo všeobecnosti medzi 10 MHz a 100 GHz. Obrázok nižšie znázorňuje plne normálnu disperziu (ANDi) disipatívneho solitónového femtosekundového signálu.vláknové laserové zariadenie, z ktorých väčšinu je možné zostaviť pomocou štandardných komponentov Thorlabs (vlákno, šošovka, montáž a posuvný stôl).

Technika vyprázdňovania dutín sa môže použiť naQ-spínané laseryna získanie kratších impulzov a laserov s uzamknutým módom na zvýšenie energie impulzov s nižšou refrekvenciou.

Pulzy v časovej a frekvenčnej doméne
Lineárny tvar impulzu s časom je vo všeobecnosti relatívne jednoduchý a možno ho vyjadriť Gaussovou a Sech² funkciou. Čas impulzu (tiež známy ako šírka impulzu) sa najčastejšie vyjadruje hodnotou polovičnej šírky (FWHM), teda šírkou, v ktorej je optický výkon aspoň polovičný oproti špičkovému výkonu; Q-spínaný laser generuje nanosekundové krátke impulzy prostredníctvom
Lasery s synchronizáciou módov produkujú ultrakrátke impulzy (USP) rádovo v desiatkach pikosekúnd až femtosekúnd. Vysokorýchlostná elektronika dokáže merať iba desiatky pikosekúnd a kratšie impulzy je možné merať iba pomocou čisto optických technológií, ako sú autokorelátory, FROG a SPIDER. Zatiaľ čo nanosekundové alebo dlhšie impulzy počas šírenia takmer nemenia svoju šírku impulzu, a to ani na dlhé vzdialenosti, ultrakrátke impulzy môžu byť ovplyvnené rôznymi faktormi:

Disperzia môže viesť k veľkému rozšíreniu impulzu, ale dá sa rekomprimovať s opačnou disperziou. Nasledujúci diagram znázorňuje, ako femtosekundový kompresor impulzov Thorlabs kompenzuje disperziu mikroskopu.

Nelinearita vo všeobecnosti priamo neovplyvňuje šírku impulzu, ale rozširuje šírku pásma, čím sa impulz stáva náchylnejším na disperziu počas šírenia. Akýkoľvek typ vlákna, vrátane iných zosilňovacích médií s obmedzenou šírkou pásma, môže ovplyvniť tvar šírky pásma alebo ultrakrátkeho impulzu a zníženie šírky pásma môže viesť k časovému rozšíreniu; Existujú aj prípady, keď sa šírka impulzu silne cvrlikaného impulzu skracuje, keď sa spektrum zužuje.