Pangkalahatang-ideya ng pulsed lasers

Pangkalahatang-ideya ngpulsed lasers

Ang pinakadirektang paraan upang makabuolaserpulses ay upang magdagdag ng isang modulator sa labas ng tuloy-tuloy na laser. Ang pamamaraang ito ay maaaring makagawa ng pinakamabilis na picosecond pulse, bagama't simple, ngunit ang pag-aaksaya ng liwanag na enerhiya at peak power ay hindi maaaring lumampas sa tuluy-tuloy na kapangyarihan ng liwanag. Samakatuwid, ang isang mas mahusay na paraan upang makabuo ng mga pulso ng laser ay ang pag-modulate sa lukab ng laser, pag-iimbak ng enerhiya sa off-time ng pulse train at pagpapakawala nito sa oras. Ang apat na karaniwang pamamaraan na ginagamit upang makabuo ng mga pulso sa pamamagitan ng laser cavity modulation ay gain switching, Q-switching (loss switching), cavity emptying, at mode-locking.

Ang gain switch ay bumubuo ng maiikling pulso sa pamamagitan ng modulate ng pump power. Halimbawa, ang mga semiconductor gain-switched lasers ay maaaring makabuo ng mga pulso mula sa ilang nanosecond hanggang sa isang daang picosecond sa pamamagitan ng kasalukuyang modulasyon. Bagama't mababa ang enerhiya ng pulso, ang pamamaraang ito ay napaka-flexible, tulad ng pagbibigay ng nababagay na dalas ng pag-uulit at lapad ng pulso. Noong 2018, ang mga mananaliksik sa University of Tokyo ay nag-ulat ng isang femtosecond gain-switched semiconductor laser, na kumakatawan sa isang pambihirang tagumpay sa isang 40-taong teknikal na bottleneck.

Ang malalakas na nanosecond pulse ay karaniwang nabubuo ng Q-switched lasers, na ibinubuga sa ilang round trip sa cavity, at ang pulse energy ay nasa hanay ng ilang millijoules hanggang ilang joules, depende sa laki ng system. Ang katamtamang enerhiya (karaniwan ay mas mababa sa 1 μJ) na mga picosecond at femtosecond pulse ay pangunahing nabubuo ng mga mode-locked na laser. Mayroong isa o higit pang mga ultrashort pulse sa laser resonator na patuloy na umiikot. Ang bawat intracavity pulse ay nagpapadala ng pulso 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 ganap na normal na dispersion (ANDi) dissipative soliton femtosecondfiber laser device, karamihan sa mga ito ay maaaring itayo gamit ang mga karaniwang bahagi ng Thorlabs (fiber, lens, mount at displacement table).

Maaaring gamitin ang pamamaraan ng pag-alis ng lukab para saQ-switched lasersupang makakuha ng mas maiikling mga pulso at mga laser na naka-lock sa mode upang mapataas ang enerhiya ng pulso na may mas mababang refrequency.

Time domain at frequency domain pulses
Ang linear na hugis ng pulso sa oras ay karaniwang medyo simple at maaaring ipahayag ng Gaussian at sech² function. Ang oras ng pulso (kilala rin bilang lapad ng pulso) ay pinakakaraniwang ipinahayag ng halaga ng kalahating taas na lapad (FWHM), iyon ay, 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 through
Ang mga laser na naka-lock sa mode ay gumagawa ng mga ultra-short pulse (USP) sa pagkakasunud-sunod ng sampu-sampung picosecond hanggang femtosecond. Ang high-speed na electronics ay maaari lamang sumukat ng hanggang sampu-sampung picosecond, at ang mas maiikling pulso ay masusukat lamang gamit ang mga purong optical na teknolohiya tulad ng mga autocorrelator, FROG at SPIDER. Habang ang nanosecond o mas mahabang mga pulso ay halos hindi nagbabago ng kanilang lapad ng pulso habang sila ay naglalakbay, kahit na sa malalayong distansya, ang mga ultra-maikling pulso ay maaaring maapektuhan ng iba't ibang mga kadahilanan:

Ang pagpapakalat ay maaaring magresulta sa isang malaking pagpapalawak ng pulso, ngunit maaaring muling i-compress sa kabaligtaran na pagpapakalat. Ipinapakita ng sumusunod na diagram kung paano binabayaran ng Thorlabs femtosecond pulse compressor ang dispersion ng mikroskopyo.

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 pagpapakalat sa panahon ng pagpapalaganap. 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 sa bandwidth ay maaaring humantong sa paglawak ng oras; Mayroon ding mga kaso kung saan ang lapad ng pulso ng malakas na huni ng pulso ay nagiging mas maikli kapag ang spectrum ay nagiging mas makitid.