Огляд імпульсних лазерів

Оглядімпульсні лазери

Найпряміший спосіб генераціїлазерімпульсів полягає в додаванні модулятора до зовнішньої частини безперервного лазера. Цей метод може виробляти найшвидший пікосекундний імпульс, хоча і простий, але витрачає енергію світла, а пікова потужність не може перевищувати безперервну потужність світла. Таким чином, більш ефективним способом генерації лазерних імпульсів є модуляція в лазерному резонаторі, накопичення енергії під час вимкнення серії імпульсів і вивільнення її під час увімкнення. Чотири поширені методи, які використовуються для генерації імпульсів за допомогою модуляції лазерного резонатора, це перемикання підсилення, перемикання добротності (перемикання втрат), випорожнення резонатора та блокування режиму.

Перемикач посилення генерує короткі імпульси, модулюючи потужність накачування. Наприклад, напівпровідникові лазери з модуляцією посилення можуть генерувати імпульси від кількох наносекунд до ста пікосекунд шляхом модуляції струму. Хоча енергія імпульсу низька, цей метод є дуже гнучким, наприклад, забезпечує регульовану частоту повторення та ширину імпульсу. У 2018 році дослідники з Токійського університету повідомили про фемтосекундний напівпровідниковий лазер з комутацією підсилення, що стало проривом у 40-річному технічному вузькому місці.

Потужні наносекундні імпульси, як правило, генеруються лазерами з модуляцією добротності, які випромінюють у резонаторі за декілька обертів, а енергія імпульсу знаходиться в діапазоні від кількох міліджоулів до кількох джоулів залежно від розміру системи. Пікосекундні та фемтосекундні імпульси середньої енергії (зазвичай нижче 1 мкДж) генеруються в основному лазерами з синхронізованим режимом. У лазерному резонаторі є один або кілька ультракоротких імпульсів, які безперервно змінюються. Кожен внутрішньорезонаторний імпульс передає імпульс через вихідне дзеркало зв’язку, а частота зазвичай становить від 10 МГц до 100 ГГц. На малюнку нижче показано фемтосекундний фемтосекундний солітон з повною нормальною дисперсією (ANDi).волоконний лазерний пристрій, більшість з яких можна побудувати за допомогою стандартних компонентів Thorlabs (волокно, лінза, кріплення та стіл зміщення).

Техніку спорожнення порожнини можна використовувати дляЛазери з модуляцією добротностідля отримання більш коротких імпульсів і лазерів із синхронізованим режимом для збільшення енергії імпульсу з меншою частотою.

Імпульси у часовій та частотній областях
Лінійна форма імпульсу в часі, як правило, є відносно простою і може бути виражена функціями Гауса та сек². Час імпульсу (також відомий як ширина імпульсу) найчастіше виражається значенням ширини напіввисоти (FWHM), тобто ширини, по якій оптична потужність становить принаймні половину пікової потужності; Лазер із модуляцією добротності генерує наносекундні короткі імпульси
Лазери з синхронізованим режимом виробляють ультракороткі імпульси (УКІ) тривалістю від десятків пікосекунд до фемтосекунд. Високошвидкісна електроніка може вимірювати лише десятки пікосекунд, а більш короткі імпульси можна виміряти лише за допомогою чисто оптичних технологій, таких як автокорелятори, FROG і SPIDER. У той час як наносекундні або довші імпульси майже не змінюють свою ширину імпульсу під час проходження, навіть на великі відстані, на ультракороткі імпульси можуть впливати різні фактори:

Дисперсія може призвести до значного розширення імпульсу, але може бути повторно стиснута з протилежною дисперсією. На наступній діаграмі показано, як компресор фемтосекундних імпульсів Thorlabs компенсує дисперсію мікроскопа.

Нелінійність зазвичай безпосередньо не впливає на ширину імпульсу, але вона розширює смугу пропускання, роблячи імпульс більш чутливим до дисперсії під час поширення. Будь-який тип волокна, включаючи інші підсилювальні середовища з обмеженою пропускною здатністю, може впливати на форму пропускної здатності або ультракороткого імпульсу, а зменшення пропускної здатності може призвести до розширення в часі; Існують також випадки, коли ширина імпульсу сильно чирпованого імпульсу стає коротшою, коли спектр стає вужчим.