Pangkalahatang-ideya ng mga pulsed laser

Pangkalahatang-ideya ngmga pulsed laser

Ang pinakadirektang paraan upang makabuolaserAng mga pulse ay ang pagdaragdag ng modulator sa labas ng continuous laser. Ang pamamaraang ito ay maaaring makagawa ng pinakamabilis na picosecond pulse, bagama't simple, ngunit ang nasasayang na enerhiya ng liwanag at ang peak power ay hindi maaaring lumampas sa continuous light power. Samakatuwid, ang isang mas mahusay na paraan upang makabuo ng mga laser pulse ay ang pag-modulate sa laser cavity, pag-iimbak ng enerhiya sa off-time ng pulse train at paglalabas nito sa on-time. Ang apat na karaniwang pamamaraan na ginagamit upang makabuo ng mga pulse sa pamamagitan ng laser cavity modulation ay ang gain switching, Q-switching (loss switching), cavity emptying, at mode-locking.

Ang gain switch ay bumubuo ng maiikling pulso sa pamamagitan ng pag-modulate sa lakas ng bomba. Halimbawa, ang mga semiconductor gain-switched laser ay maaaring makabuo ng mga pulso mula sa ilang nanosecond hanggang isang daang picosecond sa pamamagitan ng current modulation. Bagama't mababa ang enerhiya ng pulso, ang pamamaraang ito ay lubos na nababaluktot, tulad ng pagbibigay ng naaayos na dalas ng pag-uulit at lapad ng pulso. Noong 2018, iniulat ng mga mananaliksik sa University of Tokyo ang isang femtosecond gain-switched semiconductor laser, na kumakatawan sa isang tagumpay sa 40-taong teknikal na bottleneck.

Ang malalakas na nanosecond pulse ay karaniwang nalilikha ng mga Q-switched laser, na inilalabas nang ilang round trip sa cavity, at ang pulse energy ay nasa hanay na ilang millijoules hanggang ilang joules, depende sa laki ng system. Ang medium energy (karaniwan ay mas mababa sa 1 μJ) picosecond at femtosecond pulse ay pangunahing nalilikha ng mga mode-locked laser. Mayroong isa o higit pang ultrashort pulse sa laser resonator na patuloy na umiikot. Ang bawat intracavity pulse ay nagpapadala ng pulse sa pamamagitan ng output coupling mirror, at ang refrequency ay karaniwang nasa pagitan ng 10 MHz at 100 GHz. Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng isang fully normal dispersion (ANDi) dissipative soliton femtosecond.aparatong fiber laser, na karamihan ay maaaring itayo gamit ang mga karaniwang bahagi ng Thorlabs (fiber, lens, mount at displacement table).

Maaaring gamitin ang pamamaraan ng pag-alis ng laman ng lukab para saMga laser na naka-Q switchupang makakuha ng mas maiikling pulso at mga mode-locked laser upang mapataas ang enerhiya ng pulso na may mas mababang refrequency.

Mga pulso ng domain ng oras at domain ng dalas
Ang linear na hugis ng pulso sa paglipas ng panahon ay karaniwang medyo simple at maaaring ipahayag gamit ang mga Gaussian at sech² function. Ang pulse time (kilala rin bilang pulse width) ay karaniwang ipinapahayag ng half-height width (FWHM) value, ibig sabihin, ang lapad kung saan ang optical power ay hindi bababa sa kalahati ng peak power; Ang Q-switched laser ay bumubuo ng nanosecond short pulses sa pamamagitan ng
Ang mga mode-locked laser ay nakakagawa ng mga ultra-short pulse (USP) sa hanay ng sampu-sampung picosecond hanggang femtosecond. Ang mga high-speed electronics ay maaari lamang sumukat ng hanggang sampu-sampung picosecond, at ang mas maiikling pulse ay maaari lamang masukat gamit ang mga purong optical na teknolohiya tulad ng mga autocorrelator, FROG at SPIDER. Bagama't ang mga nanosecond o mas mahahabang pulse ay halos hindi nagbabago ng kanilang pulse width habang naglalakbay ang mga ito, kahit na sa malalayong distansya, ang mga ultra-short pulse ay maaaring maapektuhan ng iba't ibang mga salik:

Ang dispersion ay maaaring magresulta sa malaking paglawak ng pulso, ngunit maaaring muling i-compress gamit ang kabaligtaran na dispersion. Ipinapakita ng sumusunod na diagram kung paano kinokompensasyon ng Thorlabs femtosecond pulse compressor ang dispersion ng microscope.

Ang nonlinearity sa pangkalahatan ay hindi direktang nakakaapekto sa lapad ng pulso, ngunit pinalalawak nito ang bandwidth, na ginagawang mas madaling kapitan ang pulso sa dispersion habang nagpapalaganap. Anumang uri ng fiber, kabilang ang iba pang gain media na may limitadong bandwidth, ay maaaring makaapekto sa hugis ng bandwidth o ultra-short pulse, at ang pagbaba ng bandwidth ay maaaring humantong sa paglapad sa paglipas ng panahon; Mayroon ding mga kaso kung saan ang lapad ng pulso ng malakas na chirped pulse ay nagiging mas maikli kapag ang spectrum ay nagiging mas makitid.