Az impulzuslézerek áttekintése

Áttekintéseimpulzuslézerek

A generálás legközvetlenebb módjalézerimpulzusok egy modulátor hozzáadása a folyamatos lézer külső részére. Ezzel a módszerrel lehet a leggyorsabb pikoszekundumos impulzust előállítani, bár egyszerű, de a pazarló fényenergia és a csúcsteljesítmény nem haladhatja meg a folyamatos fényteljesítményt. Ezért a lézerimpulzusok generálásának hatékonyabb módja a lézerüregben történő modulálás, az energiát az impulzussorozat kikapcsolt időpontjában tárolva, és időben felszabadítva. Az impulzusok lézeres üregmodulációval történő generálására használt négy általános technika a következők: erősítés kapcsolás, Q-kapcsolás (veszteségkapcsolás), üregürítés és üzemmód-zárolás.

Az erősítéskapcsoló rövid impulzusokat generál a szivattyú teljesítményének modulálásával. Például a félvezető erősítéskapcsolós lézerek árammodulációval néhány nanoszekundumtól száz pikoszekundumig terjedő impulzusokat tudnak generálni. Bár az impulzusenergia alacsony, ez a módszer nagyon rugalmas, például állítható ismétlési frekvenciát és impulzusszélességet biztosít. 2018-ban a Tokiói Egyetem kutatói egy femtoszekundumos erősítéskapcsolós félvezető lézerről számoltak be, amely áttörést jelent egy 40 éves műszaki szűk keresztmetszetben.

Erős nanomásodperces impulzusokat általában Q-kapcsolt lézerek állítanak elő, amelyeket több körben bocsátanak ki az üregben, és az impulzus energiája a rendszer méretétől függően néhány millijoule és több joule közötti tartományban van. Közepes energiájú (általában 1 μJ alatti) pikoszekundumos és femtoszekundumos impulzusokat főként üzemmódzárolt lézerek állítanak elő. A lézerrezonátorban egy vagy több ultrarövid impulzus van, amelyek folyamatosan cikáznak. Mindegyik üreges impulzus egy impulzust továbbít a kimeneti csatolótükrön keresztül, és a frekvencia általában 10 MHz és 100 GHz között van. Az alábbi ábra egy teljesen normál diszperziós (ANDi) disszipatív szoliton femtoszekundumot mutatszálas lézeres készülék, amelyek többsége a Thorlabs szabvány komponenseivel (szálas, lencse, rögzítő és eltolóasztal) építhető.

Az üregürítési technika használhatóQ-kapcsolt lézerekrövidebb impulzusok és üzemmódzárolt lézerek előállításához az impulzusenergia növelése érdekében alacsonyabb frekvenciával.

Időtartomány és frekvenciatartomány impulzusok
Az impulzus lineáris alakja az idő függvényében általában viszonylag egyszerű, és Gauss és sech² függvényekkel fejezhető ki. Az impulzusidőt (más néven impulzusszélességet) leggyakrabban a félmagasság-szélesség (FWHM) értékkel fejezik ki, vagyis azzal a szélességgel, amelyen keresztül az optikai teljesítmény legalább a csúcsteljesítmény fele; A Q-kapcsolt lézer nanoszekundumos rövid impulzusokat generál
A módban zárt lézerek ultrarövid impulzusokat (USP) állítanak elő, a pikoszekundum és a femtoszekundum közötti nagyságrendben. A nagy sebességű elektronika legfeljebb több tíz pikoszekundumot képes mérni, rövidebb impulzusokat pedig csak tisztán optikai technológiákkal, például autokorrelátorokkal, FROG és SPIDER segítségével. Míg a nanoszekundumos vagy hosszabb impulzusok alig változtatják meg az impulzusszélességüket, még nagy távolságokon is, az ultrarövid impulzusokat számos tényező befolyásolhatja:

A diszperzió nagy impulzusszélesedést eredményezhet, de ellentétes diszperzióval újra összenyomható. A következő diagram azt mutatja be, hogy a Thorlabs femtoszekundumos impulzuskompresszor hogyan kompenzálja a mikroszkóp diszperzióját.

A nemlinearitás általában nem befolyásolja közvetlenül az impulzus szélességét, de kiszélesíti a sávszélességet, így az impulzus érzékenyebb a terjedés közbeni diszperzióra. Bármilyen típusú szál, beleértve a korlátozott sávszélességű egyéb erősítő médiát is, befolyásolhatja a sávszélesség alakját vagy az ultrarövid impulzusokat, és a sávszélesség csökkenése az idő kiszélesedéséhez vezethet; Vannak olyan esetek is, amikor az erősen csipogó impulzus impulzusszélessége a spektrum szűkülésével rövidül.