Преглед на импулсните лазери

Преглед наимпулсни лазери

Най-прекият начин за генериранелазеримпулси е да се добави модулатор към външната страна на непрекъснатия лазер. Този метод може да произведе най-бързия пикосекунден импулс, 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 в лазерната кухина, съхраняване на енергия в момента на изключване на импулсната поредица и освобождаването й в момента на включване. Четирите общи техники, използвани за генериране на импулси чрез лазерна модулация на кухината, са превключване на усилването, Q-превключване (превключване на загуба), изпразване на кухина и заключване на режима.

Превключвателят за усилване 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 импулсната енергия е ниска, този метод е много гъвкав, като 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-годишното техническо затруднение.

Силните наносекундни импулси обикновено се генерират от лазери с Q-превключвател, които се излъчват в няколко обиколки в кухината, 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 със заключен режим. В лазерния резонатор има един или повече ултракъси импулси, които се движат непрекъснато. Всеки импулс във вътрешната кухина предава импулс през изходното свързващо огледало и честотата обикновено е между 10 MHz и 100 GHz. Фигурата по-долу показва напълно нормална дисперсия (ANDi) дисипативен солитон фемтосекундафибролазерно устройство, повечето от които могат да бъдат изградени с помощта на стандартни компоненти на Thorlabs (влакна, лещи, монтаж и маса за изместване).

Техниката за изпразване на кухина може да се използва заQ-switched лазериза получаване на по-къси импулси и лазери със заключен режим за увеличаване на импулсната енергия с по-ниска честота.

Импулси във времева и честотна област
Линейната форма на импулса с времето обикновено е сравнително проста и може да бъде изразена чрез функции на Гаус и sech². Времето на импулса (известно още като ширина на импулса) най-често се изразява чрез стойността на ширината на половин височина (FWHM), т.е. ширината, през която оптичната мощност е поне половината от пиковата мощност; Лазерът с Q-превключвател генерира наносекундни кратки импулси
Лазерите със заключен режим произвеждат ултракъси импулси (USP) от порядъка на десетки пикосекунди до фемтосекунди. Високоскоростната електроника може да измерва само до десетки пикосекунди, а по-късите импулси могат да се измерват само с чисто оптични технологии като автокорелатори, FROG и SPIDER. Докато наносекундните или по-дълги импулси почти не променят ширината на импулса си, докато пътуват, дори на дълги разстояния, ултра-късите импулси могат да бъдат повлияни от различни фактори:

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

Нелинейността обикновено не влияе пряко на ширината на импулса, но разширява честотната лента, което прави импулса по-податлив на дисперсия по време на разпространение. Всеки тип влакно, включително други медии за усилване с ограничена честотна лента, може да повлияе на формата на честотната лента или ултра-къс импулс, а намаляването на честотната лента може да доведе до разширяване във времето; Има и случаи, при които ширината на импулса на силно пипкащия импулс става по-къса, когато спектърът стане по-тесен.