Oversikt over pulserende lasere

Oversikt overpulserte lasere

Den mest direkte måten å genererelaserpulser er å legge til en modulator på utsiden av den kontinuerlige laseren. Denne metoden kan produsere den raskeste pikosekundpulsen, selv om den er enkel, men spilllysenergi og toppeffekt kan ikke overstige kontinuerlig lyseffekt. Derfor er en mer effektiv måte å generere laserpulser på å modulere i laserhulrommet, lagre energi når pulstoget er av og frigjøre den når det er på. De fire vanlige teknikkene som brukes for å generere pulser gjennom laserhulromsmodulasjon er forsterkningssvitsjing, Q-svitsjing (tapsvitsjing), tømming av hulrommet og moduslåsing.

Forsterkningsbryteren genererer korte pulser ved å modulere pumpeeffekten. For eksempel kan halvlederforsterkningskoblede lasere generere pulser fra noen få nanosekunder til hundre pikosekunder ved strømmodulasjon. Selv om pulsenergien er lav, er denne metoden svært fleksibel, for eksempel ved å gi justerbar repetisjonsfrekvens og pulsbredde. I 2018 rapporterte forskere ved Universitetet i Tokyo en femtosekundforsterkningskoblet halvlederlaser, som representerte et gjennombrudd i en 40 år gammel teknisk flaskehals.

Sterke nanosekundpulser genereres vanligvis av Q-svitsjede lasere, som sendes ut i flere rundturer i hulrommet, og pulsenergien er i området fra flere millijoule til flere joule, avhengig av systemets størrelse. Medium energi (vanligvis under 1 μJ) pikosekund- og femtosekundpulser genereres hovedsakelig av moduslåste lasere. Det er en eller flere ultrakorte pulser i laserresonatoren som sykler kontinuerlig. Hver intrakavitetspuls sender en puls gjennom utgangskoblingsspeilet, og refrekvensen er vanligvis mellom 10 MHz og 100 GHz. Figuren nedenfor viser en fullstendig normal dispersjon (ANDi) dissipativ soliton femtosekund.fiberlaserenhet, hvorav de fleste kan bygges med Thorlabs standardkomponenter (fiber, linse, montering og forskyvningsbord).

Teknikken for tømming av hulrom kan brukes tilQ-svitsjede laserefor å oppnå kortere pulser og moduslåste lasere for å øke pulsenergien med lavere refrekvens.

Tidsdomene- og frekvensdomenepulser
Den lineære formen til pulsen over tid er generelt relativt enkel og kan uttrykkes med gaussiske og sech²-funksjoner. Pulstid (også kjent som pulsbredde) uttrykkes oftest med halvhøydebredden (FWHM)-verdien, det vil si bredden som den optiske effekten er minst halvparten av toppeffekten over; Q-svitsjede lasere genererer korte nanosekundpulser gjennom
Moduslåste lasere produserer ultrakorte pulser (USP) i størrelsesorden titalls picosekunder til femtosekunder. Høyhastighetselektronikk kan bare måle opptil titalls picosekunder, og kortere pulser kan bare måles med rent optiske teknologier som autokorrelatorer, FROG og SPIDER. Mens nanosekunds- eller lengre pulser knapt endrer pulsbredden når de beveger seg, selv over lange avstander, kan ultrakorte pulser påvirkes av en rekke faktorer:

Dispersjon kan resultere i en stor pulsutvidelse, men kan komprimeres på nytt med motsatt dispersjon. Følgende diagram viser hvordan Thorlabs femtosekundpulskompressor kompenserer for mikroskopdispersjon.

Ikke-linearitet påvirker vanligvis ikke pulsbredden direkte, men den utvider båndbredden, noe som gjør pulsen mer utsatt for dispersjon under forplantning. Enhver type fiber, inkludert andre forsterkningsmedier med begrenset båndbredde, kan påvirke formen på båndbredden eller den ultrakorte pulsen, og en reduksjon i båndbredde kan føre til en utvidelse over tid. Det finnes også tilfeller der pulsbredden til den sterkt kvitrende pulsen blir kortere når spekteret blir smalere.