Pulssilasereiden yleiskatsaus

Yleiskatsauspulssilaserit

Suorin tapa tuottaalaserYksi parhaista laserpulssien tuottamisen tavoista on lisätä modulaattori jatkuvan laserin ulkopuolelle. Tämä menetelmä voi tuottaa nopeimman pikosekuntipulssin, vaikka se onkin yksinkertainen, mutta hukkavaloenergia ja huipputeho eivät voi ylittää jatkuvaa valotehoa. Siksi tehokkaampi tapa tuottaa laserpulsseja on moduloida laserontelossa, varastoida energiaa pulssijonon lepotilassa ja vapauttaa se sen päälläoloajalla. Neljä yleistä tekniikkaa pulssien tuottamiseen laserontelomodulaation avulla ovat vahvistuksen kytkentä, Q-kytkentä (häviökytkentä), ontelon tyhjennys ja moodilukitus.

Vahvistuskytkin tuottaa lyhyitä pulsseja moduloimalla pumpun tehoa. Esimerkiksi puolijohdevahvistuskytkentälaserit voivat tuottaa pulsseja muutamasta nanosekunnista sataan pikosekuntiin virtamoduloimalla. Vaikka pulssin energia on alhainen, tämä menetelmä on erittäin joustava, ja siinä on esimerkiksi säädettävä toistotaajuus ja pulssinleveys. Vuonna 2018 Tokion yliopiston tutkijat raportoivat femtosekuntivahvistuskytkentäisestä puolijohdelaserista, joka edustaa läpimurtoa 40 vuotta kestäneessä teknisessä pullonkaulassa.

Voimakkaita nanosekuntipulsseja tuotetaan yleensä Q-kytkentäisillä lasereilla, jotka lähetetään ontelossa useissa edestakaisissa kierroksissa, ja pulssin energia on useista millijouleista useisiin jouleihin järjestelmän koosta riippuen. Keskitason energian (yleensä alle 1 μJ) pikosekunti- ja femtosekuntipulsseja tuotetaan pääasiassa moodilukittujen lasereiden avulla. Laserresonaattorissa on yksi tai useampi ultralyhyt pulssi, jotka toistuvat jatkuvasti. Jokainen ontelon sisäinen pulssi lähettää pulssin lähtökytkentäpeilin läpi, ja uudelleentaajuus on yleensä 10 MHz:n ja 100 GHz:n välillä. Alla oleva kuva esittää täysin normaalidispersioisen (ANDi) dissipatiivisen solitonin femtosekunti-ilmiön.kuitulaserlaite, joista suurin osa voidaan rakentaa käyttämällä Thorlabsin vakiokomponentteja (kuitu, linssi, jalusta ja siirtotaulukko).

Onteloiden tyhjennystekniikkaa voidaan käyttääQ-kytkentäiset laseritlyhyempien pulssien saamiseksi ja moodilukittujen lasereiden avulla pulssienergian lisäämiseksi alhaisemmalla toistotaajuudella.

Aika- ja taajuusalueen pulssit
Pulssin lineaarinen muoto ajan funktiona on yleensä suhteellisen yksinkertainen ja se voidaan ilmaista Gaussin ja sek²-funktioilla. Pulssin aika (tunnetaan myös pulssinleveytenä) ilmaistaan ​​yleisimmin puolikorkeusleveyden (FWHM) arvona eli leveytenä, jonka poikki optinen teho on vähintään puolet huipputehosta; Q-kytkentäinen laser tuottaa nanosekunnin lyhyitä pulsseja
Moodilukitut laserit tuottavat erittäin lyhyitä pulsseja (USP), joiden pituus on kymmenistä pikosekunneista femtosekunteihin. Nopea elektroniikka pystyy mittaamaan vain kymmeniä pikosekunteja, ja lyhyempiä pulsseja voidaan mitata vain puhtaasti optisilla tekniikoilla, kuten autokorrelaattoreilla, FROGilla ja SPIDERilla. Vaikka nanosekunnin tai pidempien pulssien pulssinleveys tuskin muuttuu niiden kulkiessa edes pitkillä matkoilla, erittäin lyhyisiin pulsseihin voivat vaikuttaa useat tekijät:

Dispersio voi johtaa suureen pulssin levenemiseen, mutta se voidaan puristaa uudelleen päinvastaisella dispersiolla. Seuraava kaavio näyttää, kuinka Thorlabsin femtosekuntipulssikompressori kompensoi mikroskoopin dispersiota.

Epälineaarisuus ei yleensä vaikuta suoraan pulssin leveyteen, mutta se laajentaa kaistanleveyttä, mikä tekee pulssista alttiimman dispersiolle etenemisen aikana. Minkä tahansa tyyppinen kuitu, mukaan lukien muut rajoitetun kaistanleveyden omaavat vahvistusmateriaalit, voivat vaikuttaa kaistanleveyden tai erittäin lyhyen pulssin muotoon, ja kaistanleveyden pieneneminen voi johtaa ajan levenemiseen. On myös tapauksia, joissa voimakkaasti siristyneen pulssin pulssinleveys lyhenee spektrin kapentuessa.