Yleiskatsaus pulssilasereista

Yleiskatsauspulssilaserit

Suorin tapa tuottaalaserpulsseja on lisätä modulaattori jatkuvan laserin ulkopuolelle. Tämä menetelmä voi tuottaa nopeimman pikosekunnin pulssin, vaikkakin yksinkertaisen, mutta hukkaan valoenergiaa ja huipputeho ei voi ylittää jatkuvaa valotehoa. Siksi tehokkaampi tapa tuottaa laserpulsseja on moduloida laserontelossa, varastoimalla energiaa pulssijonon poiskytkentähetkellä ja vapauttamalla sen oikea-aikaisesti. Neljä yleistä tekniikkaa, joita käytetään pulssien tuottamiseen laserontelomodulaation avulla, ovat vahvistuksen kytkentä, Q-kytkentä (häviökytkentä), ontelon tyhjennys ja tilan lukitus.

Vahvistuskytkin tuottaa lyhyitä pulsseja moduloimalla pumpun tehoa. Esimerkiksi puolijohdevahvistuskytketyt laserit voivat generoida pulsseja muutamasta nanosekunnista sataan pikosekuntiin virtamodulaatiolla. Vaikka pulssienergia on alhainen, tämä menetelmä on erittäin joustava, kuten säädettävä toistotaajuus ja pulssin leveys. Vuonna 2018 Tokion yliopiston tutkijat raportoivat femtosekunnin vahvistuskytkentäisen puolijohdelaserin, joka edustaa läpimurtoa 40 vuotta kestäneessä teknisessä pullonkaulassa.

Voimakkaita nanosekunnin pulsseja tuotetaan yleensä Q-kytketyillä lasereilla, jotka säteilevät useissa edestakaisissa ontelossa, ja pulssin energia on useista millijouleista useisiin jouleihin järjestelmän koosta riippuen. Keskienergiaiset (yleensä alle 1 μJ) piko- ja femto-sekuntipulssit tuotetaan pääasiassa tilalukituilla lasereilla. Laserresonaattorissa on yksi tai useampi ultralyhyt pulssi, joka kiertää jatkuvasti. Jokainen onkalonsisäinen pulssi lähettää pulssin ulostulokytkentäpeilin läpi, ja taajuus on yleensä 10 MHz ja 100 GHz välillä. Alla oleva kuva esittää täysin normaalin dispersion (ANDi) dissipatiivisen solitonin femtosekuntiakuitulaserlaite, joista suurin osa voidaan rakentaa käyttämällä Thorlabsin vakiokomponentteja (kuitu, linssi, kiinnitys ja siirtopöytä).

Ontelon tyhjennystekniikkaa voidaan käyttääQ-kytketyt laseritsaada lyhyempiä pulsseja ja tilalukittuja lasereita pulssienergian lisäämiseksi pienemmällä taajuudella.

Aika- ja taajuusalueen pulssit
Pulssin lineaarinen muoto ajan suhteen on yleensä suhteellisen yksinkertainen ja se voidaan ilmaista Gaussin ja sech²-funktioilla. Pulssiaika (tunnetaan myös pulssin leveyksinä) ilmaistaan ​​yleisimmin puolikorkeuden leveyden (FWHM) arvolla, eli leveydellä, jonka yli optinen teho on vähintään puolet huipputehosta; Q-kytketty laser tuottaa nanosekunnin lyhyitä pulsseja läpi
Tilalukitut laserit tuottavat ultralyhyitä pulsseja (USP) kymmenien pikosekuntien ja femtosekuntien luokkaa. Nopea elektroniikka pystyy mittaamaan vain kymmeniä pikosekunteja, ja lyhyempiä pulsseja voidaan mitata vain puhtaasti optisilla teknologioilla, kuten autokorrelaattoreilla, FROGilla ja SPIDERillä. Vaikka nanosekunnin tai pidemmät pulssit eivät juuri muuta pulssin leveyttä kulkiessaan, jopa pitkiä matkoja, erittäin lyhyisiin pulsseihin voivat vaikuttaa monet tekijät:

Dispersio voi johtaa suureen pulssin levenemiseen, mutta se voidaan puristaa uudelleen päinvastaisella dispersiolla. Seuraavassa kaaviossa näkyy, kuinka Thorlabsin femtosekunnin pulssikompressori kompensoi mikroskoopin dispersiota.

Epälineaarisuus ei yleensä vaikuta suoraan pulssin leveyteen, mutta se laajentaa kaistanleveyttä, mikä tekee pulssista alttiimman dispersiolle etenemisen aikana. Kaiken tyyppiset kuidut, mukaan lukien muut vahvistusmediat, joilla on rajoitettu kaistanleveys, voivat vaikuttaa kaistanleveyden muotoon tai erittäin lyhyeen pulssiin, ja kaistanleveyden pieneneminen voi johtaa ajan levenemiseen; On myös tapauksia, joissa voimakkaasti sirkuttavan pulssin pulssin leveys lyhenee spektrin kaventuessa.