Impulsslaserite ülevaade

Ülevaadeimpulsslaserid

Kõige otsesem viis genereerimisekslaserimpulsside jaoks on pideva laseri välisküljele modulaatori lisamine. See meetod võib tekitada kiireima pikosekundilise impulsi, ehkki lihtne, kuid raisatud valgusenergia ja tippvõimsus ei tohi ületada pidevat valgusvõimsust. Seetõttu on laserimpulsside genereerimiseks tõhusam viis moduleerida laseriõõnes, salvestades energiat impulsside jada väljalülitamise ajal ja vabastades selle õigel ajal. Neli levinumat tehnikat, mida kasutatakse impulsside genereerimiseks laserõõnsusmodulatsiooni abil, on võimenduse lülitamine, Q-lülitamine (kadude ümberlülitamine), õõnsuse tühjendamine ja režiimi lukustamine.

Võimenduslüliti genereerib lühikesi impulsse, moduleerides pumba võimsust. Näiteks pooljuhtide võimenduslülitusega laserid suudavad voolu moduleerimisel genereerida impulsse mõnest nanosekundist saja pikosekundini. Kuigi impulsi energia on madal, on see meetod väga paindlik, pakkudes näiteks reguleeritavat kordussagedust ja impulsi laiust. 2018. aastal teatasid Tokyo ülikooli teadlased femtosekundilise võimendusega pooljuhtlaserist, mis kujutab endast läbimurret 40 aastat kestnud tehnilises kitsaskohas.

Tugevaid nanosekundilisi impulsse genereerivad üldiselt Q-lülitusega laserid, mis kiirguvad õõnsuses mitme edasi-tagasi ringiga ning impulsi energia jääb olenevalt süsteemi suurusest vahemikku mitu millidžauli kuni mitu džauli. Keskmise energiaga (tavaliselt alla 1 μJ) pikosekundilised ja femtosekundilised impulsid genereeritakse peamiselt režiimilukuga laserite abil. Laserresonaatoris on üks või mitu ülilühikest impulssi, mis tsirkuleerivad pidevalt. Iga õõnsusesisene impulss edastab impulsi läbi väljundi ühenduspeegli ja sagedus on üldiselt vahemikus 10 MHz kuni 100 GHz. Alloleval joonisel on kujutatud täiesti normaalse dispersiooni (ANDi) dissipatiivne solitoni femtosekundkiudlaserseade, millest enamikku saab ehitada kasutades Thorlabsi standardkomponente (kiud, objektiiv, kinnitus- ja nihketabel).

Selleks võib kasutada õõnsuse tühjendamise tehnikatQ-lülitusega laseridlühemate impulsside ja režiimilukuga laserite saamiseks, et suurendada impulsi energiat madalama sagedusega.

Ajapiirkonna ja sageduspiirkonna impulsid
Impulsi lineaarne kuju ajas on üldiselt suhteliselt lihtne ja seda saab väljendada Gaussi ja sech² funktsioonidega. Impulsi aega (tuntud ka kui impulsi laius) väljendatakse kõige sagedamini poole kõrguse laiuse (FWHM) väärtusega, st laiusega, mille puhul optiline võimsus on vähemalt pool tippvõimsusest; Q-lülitatud laser genereerib nanosekundilisi lühikesi impulsse
Režiimilukuga laserid toodavad ülilühikesi impulsse (USP) kümnete pikosekundite kuni femtosekunditeni. Kiire elektroonika suudab mõõta vaid kuni kümneid pikosekundeid ja lühemaid impulsse saab mõõta ainult puhtalt optiliste tehnoloogiatega nagu autokorrelaatorid, FROG ja SPIDER. Kuigi nanosekundilised või pikemad impulsid ei muuda oma impulsi laiust liikumisel peaaegu isegi pikkade vahemaade tagant, võivad ülilühikesi impulsse mõjutada mitmed tegurid:

Dispersioon võib põhjustada impulsi suure laienemise, kuid seda saab uuesti kokku suruda vastupidise dispersiooniga. Järgmine diagramm näitab, kuidas Thorlabsi femtosekundiline impulsskompressor kompenseerib mikroskoobi dispersiooni.

Mittelineaarsus üldiselt impulsi laiust otseselt ei mõjuta, kuid see laiendab ribalaiust, muutes impulsi levimise ajal vastuvõtlikumaks hajumisele. Igat tüüpi kiud, sealhulgas muud piiratud ribalaiusega võimenduskandjad, võivad mõjutada ribalaiuse kuju või ülilühike impulssi ning ribalaiuse vähenemine võib põhjustada aja laienemist; On ka juhtumeid, kus tugevalt piiksuva impulsi impulsi laius muutub spektri kitsenemisel lühemaks.