Přehled pulzních laserů

Přehled opulzní lasery

Nejpřímější způsob generovánílaserPulsy je přidat modulátor na vnější stranu kontinuálního laseru. Tato metoda může produkovat nejrychlejší pikosekundový puls, i když je jednoduchá, ale plýtvání světelnou energií a špičkový výkon nemůže překročit nepřetržitý světelný výkon. Proto je efektivnější způsob generování laserových pulzů modulovat v dutině laseru, ukládat energii v době vypnutí sledu pulsů a uvolňovat ji v době zapnutí. Čtyři běžné techniky používané ke generování pulsů prostřednictvím modulace laserové dutiny jsou přepínání zisku, přepínání Q (ztrátové přepínání), vyprázdnění dutiny a uzamčení režimu.

Přepínač zisku generuje krátké impulsy modulací výkonu čerpadla. Například polovodičové lasery s přepínáním zisku mohou generovat pulzy od několika nanosekund do sta pikosekund proudovou modulací. Přestože je energie pulzu nízká, je tato metoda velmi flexibilní, například poskytuje nastavitelnou opakovací frekvenci a šířku pulzu. V roce 2018 vědci z Tokijské univerzity ohlásili femtosekundový polovodičový laser s přepínaným ziskem, který představuje průlom ve 40letém technickém úzkém hrdle.

Silné nanosekundové pulsy jsou obecně generovány Q-spínanými lasery, které jsou emitovány v několika okružních jízdách v dutině a energie pulsu se pohybuje v rozmezí několika milijoulů až několika joulů, v závislosti na velikosti systému. Pikosekundové a femtosekundové pulzy se střední energií (obecně pod 1 μJ) jsou generovány hlavně lasery s uzamčeným režimem. V laserovém rezonátoru je jeden nebo více ultrakrátkých pulzů, které nepřetržitě cyklují. Každý intrakavitální impuls přenáší impuls přes výstupní vazební zrcadlo a frekvence je obecně mezi 10 MHz a 100 GHz. Obrázek níže ukazuje plně normální disperzi (ANDi) disipativní solitonovou femtosekunduvláknové laserové zařízení, z nichž většinu lze postavit pomocí standardních komponentů Thorlabs (vlákno, objektiv, držák a posuvný stůl).

Lze použít techniku ​​vyprazdňování dutinQ-spínané laserypro získání kratších pulzů a lasery s uzamčeným režimem pro zvýšení energie pulzu s nižší frekvencí.

Pulsy v časové a frekvenční oblasti
Lineární tvar pulsu s časem je obecně relativně jednoduchý a může být vyjádřen pomocí Gaussových a sech² funkcí. Doba pulsu (také známá jako šířka pulsu) se nejčastěji vyjadřuje hodnotou poloviční výšky (FWHM), tj. šířkou, přes kterou je optický výkon alespoň poloviční než špičkový výkon; Q-spínaný laser generuje nanosekundové krátké pulzy skrz
Lasery s uzamčeným režimem produkují ultrakrátké pulzy (USP) v řádu desítek pikosekund až femtosekund. Vysokorychlostní elektronika dokáže měřit pouze desítky pikosekund a kratší pulsy lze měřit pouze pomocí čistě optických technologií, jako jsou autokorelátory, FROG a SPIDER. Zatímco nanosekundové nebo delší pulzy při cestování téměř nemění svou šířku pulzu, a to i na velké vzdálenosti, ultrakrátké pulzy mohou být ovlivněny řadou faktorů:

Disperze může vést k velkému rozšíření pulzu, ale může být rekomprimována s opačnou disperzí. Následující diagram ukazuje, jak kompresor femtosekundového pulzu Thorlabs kompenzuje disperzi mikroskopu.

Nelinearita obecně neovlivňuje přímo šířku pulsu, ale rozšiřuje šířku pásma, takže puls je náchylnější k rozptylu během šíření. Jakýkoli typ vlákna, včetně jiných ziskových médií s omezenou šířkou pásma, může ovlivnit tvar šířky pásma nebo ultrakrátký puls a snížení šířky pásma může vést k rozšíření v čase; Existují také případy, kdy se šířka pulsu silně cvrlikavého pulsu zkracuje, když se spektrum zužuje.