مستقیم‌ترین راه برای تولید پالس‌های لیزری، افزودن یک مدولاتور در خارج از لیزر پیوسته است. این روش می‌تواند سریع‌ترین پالس‌های در سطح پیکوثانیه را تولید کند. اگرچه ساده است، اما انرژی نور را هدر می‌دهد و توان اوج نمی‌تواند از توان نور پیوسته بیشتر شود. بنابراین، یک راه کارآمدتر برای تولید پالس‌های لیزری، مدوله کردن حفره لیزر است، که انرژی را در زمان خاموش بودن قطار پالس ذخیره کرده و در زمان روشن بودن آزاد می‌کند. مقایسه این دو روش به شرح زیر است:
چهار تکنیک متداول برای تولید پالس از طریق مدولاسیون حفره لیزر عبارتند از: سوئیچینگ بهره، سوئیچینگ Q (سوئیچینگ تلفات)، تخلیه حفره و قفل مد.
سوئیچینگ بهره، پالس‌های کوتاه را با مدوله کردن توان پمپ تولید می‌کند. به عنوان مثال، لیزرهای سوئیچینگ بهره نیمه‌رسانا می‌توانند پالس‌هایی را از چند نانوثانیه تا صد پیکوثانیه از طریق مدولاسیون جریان تولید کنند. اگرچه انرژی پالس کم است، اما این روش بسیار انعطاف‌پذیر است، مانند ارائه نرخ تکرار و عرض پالس قابل تنظیم.
پالس‌های نانوثانیه‌ای قوی معمولاً توسط لیزرهای Q-switched تولید می‌شوند. لیزر در طی چندین رفت و برگشت در حفره ساطع می‌شود و انرژی پالس از چند میلی‌ژول تا چند ژول متغیر است که به طور خاص به اندازه سیستم مربوط می‌شود.
پالس‌های پیکوثانیه و فمتوثانیه با انرژی متوسط (معمولاً زیر 1 μJ) عمدتاً توسط لیزرهای قفل مد تولید می‌شوند. یک یا چند پالس فوق‌العاده کوتاه در چرخه‌های پیوسته در داخل حفره تشدید لیزر وجود دارد. هر بار که پالس حفره از آینه کوپلینگ خروجی عبور می‌کند، یک پالس ساطع می‌کند و فرکانس تکرار معمولاً بین 10 مگاهرتز و 100 گیگاهرتز است. شکل زیر یک دستگاه لیزر فیبر فمتوثانیه با سولیتون اتلافی (ANDi) را نشان می‌دهد. بخش اعظم آن را می‌توان با استفاده از اجزای استاندارد Thorlabs (فیبر، لنز، صندلی نصب و مرحله جابجایی) ساخت.
فناوری تخلیه حفره را می‌توان نه تنها برای لیزرهای Q-switched برای به دست آوردن پالس‌های کوتاه‌تر، بلکه برای لیزرهای قفل مد برای افزایش انرژی پالس با نرخ تکرار کمتر نیز اعمال کرد.
پالس‌های دامنه زمان و دامنه فرکانس
شکل خطی یک پالس که با زمان تغییر می‌کند، معمولاً ساده است و می‌تواند توسط توابع گوسی و sech² نشان داده شود. زمان پالس (که به عنوان عرض پالس نیز شناخته می‌شود) معمولاً با مقدار عرض نیمه ارتفاع (FWHM) بیان می‌شود، که عرضی است که در آن توان نوری حداقل نیمی از توان اوج است. پالس‌های کوتاه در سطح نانوثانیه توسط لیزرهای Q-switched تولید می‌شوند و پالس‌های فوق‌العاده کوتاه (USP) از ده‌ها پیکوثانیه تا فمتوثانیه توسط لیزرهای قفل مد تولید می‌شوند. الکترونیک با سرعت بالا فقط می‌تواند پالس‌هایی را با سرعت ده‌ها پیکوثانیه اندازه‌گیری کند. پالس‌های کوتاه‌تر را می‌توان فقط با تکنیک‌های نوری خالص، مانند خودهمبسته‌گرها، FROG و SPIDER اندازه‌گیری کرد.
اگر شکل پالس مشخص باشد، رابطه بین انرژی پالس (Ep)، توان اوج (Pp) و عرض پالس (tp) طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود:
در میان آنها، fs یک ضریب مربوط به شکل پالس است، تقریباً 0.94 برای پالس‌های گوسی و حدود 0.88 برای پالس‌های sech²، اما به طور کلی، تقریباً 1 محاسبه می‌شود.
پهنای باند یک پالس را می‌توان با فرکانس، طول موج یا فرکانس زاویه‌ای بیان کرد. اگر پهنای باند کم باشد، پهنای باندهای طول موج و فرکانس با استفاده از فرمول زیر تبدیل می‌شوند، که در آن λ و ν به ترتیب طول موج و فرکانس مرکزی هستند و Δλ و Δν به ترتیب پهنای باندهای بیان شده بر حسب طول موج و فرکانس هستند.
پالس محدود به پهنای باند
برای یک شکل پالس خاص، عرض طیفی پالس زمانی که هیچ چیری وجود ندارد، کمترین مقدار است. در این زمان، ما آن را پالس محدود به پهنای باند یا تبدیل فوریه می‌نامیم. حاصل ضرب زمان پالس و پهنای باند فرکانس آن یک ثابت است و این ثابت، حاصل ضرب زمان-پهنای باند (TBP) نامیده می‌شود. حاصل ضرب زمان-پهنای باند پالس‌های گوسی و sech² محدود به پهنای باند به ترتیب تقریباً 0.441 و 0.315 است. بر این اساس، مقدار چیری پالس واقعی و پراکندگی گروه تاخیر تجمعی نیز قابل محاسبه است.
بنابراین، هرچه عرض پالس باریک‌تر باشد، طیف فوریه وسیع‌تری مورد نیاز است. به عنوان مثال، پهنای باند یک پالس 10 fs باید حداقل در حدود 30 THz باشد، در حالی که پهنای باند یک پالس آتوسکند حتی بیشتر است و فرکانس مرکزی آن باید بسیار بالاتر از هر فرکانس نور مرئی باشد.
عوامل موثر بر عرض پالس
اگرچه عرض پالس پالس‌های نانوثانیه یا طولانی‌تر به سختی در طول انتشار تغییر می‌کند، حتی در فواصل طولانی، پالس‌های فوق‌العاده کوتاه ممکن است تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار گیرند:
پراکندگی ممکن است باعث پهن شدن قابل توجه پالس شود، اما می‌توان آن را با پراکندگی مخالف دوباره فشرده کرد. شکل زیر نمودار اصل کار فشرده‌ساز پالس فمتوثانیه Thorlabs را نشان می‌دهد که پراکندگی میکروسکوپ را جبران می‌کند.
غیرخطی بودن به طور کلی مستقیماً بر عرض پالس تأثیر نمی‌گذارد، اما باعث می‌شود پهنای باند گسترده شود و پالس در طول انتشار مستعد پراکندگی شود.
هر نوع فیبر نوری (از جمله سایر محیط‌های تقویت‌کننده با پهنای باند محدود) ممکن است بر پهنای باند یا شکل پالس فوق‌العاده کوتاه تأثیر بگذارد و کاهش پهنای باند ممکن است منجر به گسترش زمان شود. همچنین مواردی وجود دارد که عرض پالس پالس‌های به شدت چیری شده با باریک شدن طیف کوتاه می‌شود.