Преглед на импулсните лазери

Общ преглед наимпулсни лазери

Най-директният начин за генериранелазерЦелта на генерирането на импулси е да се добави модулатор към външната страна на непрекъснатия лазер. Този метод може да генерира най-бързите пикосекундни импулси, макар и прост, но загубата на светлинна енергия и пиковата мощност не могат да надвишават непрекъснатата светлинна мощност. Следователно, по-ефективен начин за генериране на лазерни импулси е модулирането им в лазерния резонатор, като се съхранява енергия в момента на изключване на импулсния поток и се освобождава в момента на включване. Четирите често използвани техники, използвани за генериране на импулси чрез модулация на лазерния резонатор, са превключване на усилването, Q-превключване (превключване на загубите), изпразване на резонатора и заключване на модовете.

Превключвателят на усилването генерира кратки импулси чрез модулиране на мощността на помпата. Например, полупроводниковите лазери с превключване на усилването могат да генерират импулси от няколко наносекунди до сто пикосекунди чрез модулация на тока. Въпреки че енергията на импулса е ниска, този метод е много гъвкав, като например осигурява регулируема честота на повторение и ширина на импулса. През 2018 г. изследователи от Токийския университет съобщиха за фемтосекунден полупроводников лазер с превключване на усилването, което представлява пробив в 40-годишно техническо затруднение.

Силни наносекундни импулси обикновено се генерират от лазери с Q-превключване, които се излъчват в няколко кръгови обиколки в резонатора, а енергията на импулса е в диапазона от няколко милиджаула до няколко джаула, в зависимост от размера на системата. Пикосекундни и фемтосекундни импулси със средна енергия (обикновено под 1 μJ) се генерират главно от лазери с синхронизация на модовете. В лазерния резонатор има един или повече ултракъси импулси, които циклично се редуват. Всеки вътрешнокухинов импулс предава импулс през изходното свързващо огледало, а пречестотата обикновено е между 10 MHz и 100 GHz. Фигурата по-долу показва фемтосекунден дисипативен солитон с напълно нормална дисперсия (ANDi).фибро лазерно устройство, повечето от които могат да бъдат изградени с помощта на стандартните компоненти на Thorlabs (оптично влакно, леща, монтировка и маса за изместване).

Техниката за изпразване на кухини може да се използва заЛазери с Q-превключванеза получаване на по-къси импулси и лазери с фиксирана мода за увеличаване на енергията на импулсите с по-ниска речестота.

Импулси във времева и честотна област
Линейната форма на импулса с времето обикновено е сравнително проста и може да се изрази чрез Гаусови и Sech² функции. Времето на импулса (известно също като ширина на импулса) най-често се изразява със стойността на ширината на половин височина (FWHM), т.е. ширината, по която оптичната мощност е поне половината от пиковата мощност; Q-превключващият лазер генерира наносекундни кратки импулси чрез
Лазерите със синхронизация на модовете произвеждат ултракъси импулси (УСП) от порядъка на десетки пикосекунди до фемтосекунди. Високоскоростната електроника може да измерва само до десетки пикосекунди, а по-късите импулси могат да бъдат измерени само с чисто оптични технологии като автокорелатори, FROG и SPIDER. Докато наносекундните или по-дългите импулси почти не променят ширината си, докато се разпространяват, дори на дълги разстояния, ултракъсите импулси могат да бъдат повлияни от различни фактори:

Дисперсията може да доведе до голямо разширяване на импулса, но може да бъде рекомпресирана с обратната дисперсия. Следната диаграма показва как фемтосекундният импулсен компресор на Thorlabs компенсира дисперсията на микроскопа.

Нелинейността обикновено не влияе директно на ширината на импулса, но разширява честотната лента, което прави импулса по-податлив на дисперсия по време на разпространение. Всеки тип оптично влакно, включително други усилващи среди с ограничена честотна лента, може да повлияе на формата на честотната лента или ултракъсия импулс, а намаляването на честотната лента може да доведе до разширяване във времето; Има и случаи, при които ширината на импулса на силно чирпирания импулс става по-къса, когато спектърът се стесни.