Co to jest pulsujący laser?

Najprostszym sposobem generowania impulsów laserowych jest dodanie modulatora na zewnątrz ciągłego lasera.To marnuje energię świetlną i moc szczytowa nie może przekroczyć ciągłej mocy świetlnejDlatego bardziej wydajnym sposobem generowania impulsów laserowych jest modulowanie jamy laserowej, magazynowanie energii w czasie wyłączonym pociągu impulsowego i uwalnianie jej w czasie.Porównanie obu metod jest następujące::

Cztery najczęściej stosowane techniki generowania impulsów za pomocą modulacji komory laserowej to przełączanie zysku, przełączanie Q (przełączanie strat), opróżnianie komory i blokowanie trybu.

Przełącznik wzmocnienia generuje krótkie impulsy poprzez modulowanie mocy pompy.Półprzewodnikowe lasery z przełączeniem wzrostu mogą generować impulsy w zakresie od kilku nanosekund do stu pikosekund poprzez modulację prąduChociaż energia impulsu jest niska, metoda ta jest bardzo elastyczna, ponieważ zapewnia regulowaną częstotliwość powtórzeń i szerokość impulsu.

Silne impulsy nanosekundowe są generowane przez lasery Q-switched.a energia impulsu waha się od kilku milijoulów do kilku jouli, co jest szczególnie związane z wielkością systemu.

Impulsy pikosekundowe i femtosekundowe o średniej energii (zwykle poniżej 1 μJ) wytwarzane są głównie przez lasery z blokiem trybu.Istnieje jeden lub więcej ultrokrótych impulsów w ciągłych cyklach wnętrza laser rezonansowyZa każdym razem, gdy impuls jamy przechodzi przez lusterko sprzęgające wyjścia, emituje on jeden impuls, a częstotliwość powtórzenia wynosi zazwyczaj od 10 MHz do 100 GHz.Poniższy rysunek przedstawia urządzenie laserowe z całkowicie normalną dyspersją (ANDi) z dystrybucją solitonową femtosekundowąZdecydowana większość z nich może być zbudowana przy użyciu standardowych komponentów firmy Thorlabs (włókno, soczewka, siedzenie montażowe i etap przemieszczania).

Technologia wentylacji w otworze może być stosowana nie tylko do laserów Q-switched w celu uzyskania krótszych impulsów, ale także do laserów z blokowanym trybem, aby zwiększyć energię impulsu przy niższej częstotliwości powtarzania.

Impulsy w zakresie czasu i częstotliwości
Liniowy kształt pulsu zmieniającego się wraz z upływem czasu jest ogólnie prosty i może być reprezentowany przez funkcje Gaussa i sech2.Czas impulsu (znany również jako szerokość impulsu) jest najczęściej wyrażany przez wartość szerokości połowy wysokości (FWHM), czyli szerokość, w której moc optyczna wynosi co najmniej połowę mocy szczytowej.i ultraszybkie impulsy (USP) w zakresie od kilkudziesięciu pikosekund do femtosekund są wytwarzane przez lasery z blokiem trybuWysokiej prędkości elektronika może mierzyć impulsy tylko dziesiątki pikosekund w najszybszym tempie. Krótsze impulsy można mierzyć tylko czystymi technikami optycznymi, takimi jak auto-korelatory, FROG i SPIDER.

Jeżeli kształt impulsu jest znany, stosunek między energią impulsu (Ep), mocą szczytową (Pp) i szerokością impulsu (tp) oblicza się według następującego wzoru:

Wśród nich fs jest współczynnikiem związanym z kształtem impulsu, około 0,94 dla impulsów Gaussa i około 0,88 dla impulsów sech2, ale ogólnie jest on obliczany w przybliżeniu jako 1.

Szerokość pasma impulsu może być wyrażona przez częstotliwość, długość fali lub częstotliwość kątową.gdzie λ i ν są odpowiednio centralną długością fali i częstotliwością, a Δλ i Δν są szerokościami pasma wyrażonymi odpowiednio w długości fali i częstotliwości.

Prędkość prędkości
Dla określonego kształtu impulsu, szerokość widmowa impulsu jest najmniejsza, gdy nie ma ćwierkania.Produkt czasu impulsu i szerokości pasma częstotliwości jest stałą, a ta stała jest nazywana produktem szerokości pasma czasu (TBP).315Na tej podstawie można również obliczyć wielkość chirp rzeczywistego impulsu i kumulatywną dyspersję opóźnienia grupy.

Dlatego im węższa jest szerokość impulsu, tym szersze jest wymagane widmo Fouriera.natomiast szerokość pasma atotosekundowego impulsu jest jeszcze większa, a jego częstotliwość środkowa musi być znacznie wyższa niż każda częstotliwość światła widzialnego.

Czynniki wpływające na szerokość impulsu

Chociaż szerokość impulsów nanosekundowych lub dłuższych prawie nie zmienia się podczas rozprzestrzeniania, nawet na duże odległości, ultrokróte impulsy mogą być wpływane przez różne czynniki:

Dyspersja może powodować znaczne poszerzenie pulsu, ale może być ponownie skompresowana z odwrotną dyspersją.Poniższy rysunek przedstawia schemat zasady pracy kompresora pulsowego femtosekundowego Thorlabs, który kompensował rozpraszanie mikroskopu.

Nieliniowość na ogół nie ma bezpośredniego wpływu na szerokość impulsu, ale spowoduje poszerzenie szerokości pasma, dzięki czemu impuls jest bardziej podatny na dyspersję podczas rozprzestrzeniania się.

Każdy rodzaj włókna optycznego (w tym inne media zwiększające o ograniczonej szerokości pasma) może mieć wpływ na szerokość pasma lub kształt ultrokrótego impulsu, a zmniejszenie szerokości pasma może prowadzić do poszerzania czasu.Istnieją również przypadki, w których szerokość impulsu silnie ćwiczących pulsów skraca się wraz ze wężstwem widma.