Prehľad pulzných laserov

Prehľad opulzné lasery

Najpriamejší spôsob generovanialaserimpulzov je pridať modulátor na vonkajšiu stranu kontinuálneho lasera. Táto metóda môže produkovať najrýchlejší pikosekundový impulz, aj keď je to jednoduché, ale plytvanie svetelnou energiou a špičkový výkon nemôžu prekročiť nepretržitý svetelný výkon. Preto efektívnejším spôsobom generovania laserových impulzov je modulácia v dutine lasera, 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 zosilnenia, Q-prepínanie (stratové prepínanie), vyprázdňovanie dutiny a blokovanie režimu.

Prepínač zisku generuje krátke impulzy moduláciou výkonu čerpadla. Napríklad polovodičové lasery s prepínaním zisku môžu generovať impulzy od niekoľkých nanosekúnd do sto pikosekúnd prúdovou moduláciou. Hoci je energia impulzu nízka, táto metóda je veľmi flexibilná, napríklad poskytuje nastaviteľnú frekvenciu opakovania a šírku impulzu. V roku 2018 výskumníci z Tokijskej univerzity ohlásili femtosekundový polovodičový laser s prepínaním zisku, ktorý predstavuje prelom v 40-ročnom technickom prekážke.

Silné nanosekundové impulzy sú vo všeobecnosti generované Q-spínanými lasermi, ktoré sú emitované v niekoľkých kruhových dráhach v dutine a energia impulzu je v rozsahu niekoľkých milijoulov až niekoľkých joulov, v závislosti od veľkosti systému. Pikosekundové a femtosekundové impulzy so strednou energiou (vo všeobecnosti pod 1 μJ) sú generované hlavne lasermi s uzamknutým režimom. V laserovom rezonátore je jeden alebo viac ultrakrátkych impulzov, ktoré nepretržite cyklujú. Každý vnútrodutinový impulz prenáša impulz cez výstupné väzbové zrkadlo a frekvencia je všeobecne medzi 10 MHz a 100 GHz. Obrázok nižšie ukazuje úplne normálnu disperziu (ANDi) disipatívnu solitónovú femtosekunduvláknové laserové zariadenie, z ktorých väčšina môže byť postavená pomocou štandardných komponentov Thorlabs (vlákno, šošovka, držiak a posuvný stôl).

Môže sa použiť technika vyprázdňovania dutínQ-spínané laseryna získanie kratších impulzov a lasery s uzamknutým režimom na zvýšenie energie impulzov s nižšou frekvenciou.

Impulzy v časovej a frekvenčnej oblasti
Lineárny tvar impulzu s časom je vo všeobecnosti relatívne jednoduchý a môže byť vyjadrený gaussovskými a sech² funkciami. Čas impulzu (známy aj ako šírka impulzu) sa najčastejšie vyjadruje hodnotou polovičnej výšky (FWHM), t.j. šírkou, cez ktorú je optický výkon aspoň polovičný oproti špičkovému výkonu; Q-spínaný laser generuje nanosekundové krátke pulzy
Lasery s uzamknutým režimom produkujú ultrakrátke impulzy (USP) rádovo v desiatkach pikosekúnd až femtosekundách. Vysokorýchlostná elektronika dokáže merať len desiatky pikosekúnd a kratšie impulzy je možné merať iba čisto optickými technológiami, ako sú autokorelátory, FROG a SPIDER. Zatiaľ čo nanosekundové alebo dlhšie impulzy takmer nemenia svoju šírku impulzu, dokonca aj na veľké vzdialenosti, ultrakrátke impulzy môžu byť ovplyvnené rôznymi faktormi:

Disperzia môže viesť k veľkému rozšíreniu pulzu, ale môže byť rekomprimovaná s opačnou disperziou. Nasledujúci diagram ukazuje, ako kompresor femtosekundových impulzov Thorlabs kompenzuje disperziu mikroskopu.

Nelinearita vo všeobecnosti priamo neovplyvňuje šírku impulzu, ale rozširuje šírku pásma, čím je impulz náchylnejší na rozptyl počas šírenia. Akýkoľvek typ vlákna, vrátane iných zosilňovacích médií s obmedzenou šírkou pásma, môže ovplyvniť tvar šírky pásma alebo ultrakrátky impulz a zníženie šírky pásma môže viesť k rozšíreniu v čase; Existujú aj prípady, keď sa šírka impulzu silne cvrlikavého impulzu skráti, keď sa spektrum zúži.