O que é um laser pulsado?

A maneira mais direta de gerar pulsos de laser é adicionar um modulador fora do laser contínuo.desperdiça energia luminosa e a potência máxima não pode exceder a potência luminosa contínuaPortanto, uma forma mais eficiente de gerar pulsos de laser é modular a cavidade do laser, armazenando energia no tempo de desligamento do trem de pulso e libertando-a no tempo.A comparação dos dois métodos é a seguinte::

As quatro técnicas comumente utilizadas para gerar pulsos através da modulação da cavidade do laser são a comutação de ganho, a comutação Q (comutação de perda), o esvaziamento da cavidade e o bloqueio do modo.

O interruptor de ganho gera pulsos curtos através da modulação da potência da bomba.Os lasers com comutação de ganho de semicondutores podem gerar pulsos que variam de alguns nanossegundos a cem picossegundos através da modulação de correnteEmbora a energia do pulso seja baixa, este método é muito flexível, como fornecer frequência de repetição e largura de pulso ajustáveis.

Os pulsos de nanossegundos fortes são geralmente gerados por lasers com Q-switched.e a energia do pulso varia de alguns millijoules a vários joules, que está especificamente relacionado com o tamanho do sistema.

Os pulsos de picossegundos e femtosegundos de energia média (geralmente inferiores a 1 μJ) são gerados principalmente por lasers de modo bloqueado.Há um ou mais pulsos ultracurtos em ciclos contínuos dentro da cavidade de ressonância do laserCada vez que o pulso da cavidade passa pelo espelho de acoplamento de saída, emite um pulso, e a frequência de repetição é geralmente entre 10 MHz e 100 GHz.A figura a seguir mostra um dispositivo de laser de fibra soliton femtosecundo dissipativo de dispersão totalmente normal (ANDi)A grande maioria pode ser construída utilizando componentes padrão da Thorlabs (fibra, lente, assento de montagem e estágio de deslocamento).

A tecnologia de ventilação da cavidade pode ser aplicada não apenas a lasers com Q-switched para obter pulsos mais curtos, mas também a lasers com modo bloqueado para aumentar a energia do pulso a uma taxa de repetição menor.

Impulsos do domínio do tempo e do domínio da frequência
A forma linear de um pulso variando com o tempo é geralmente simples e pode ser representada por funções de Gauss e sech2.O tempo de pulso (também conhecido como largura de pulso) é mais comumente expresso pelo valor de largura de meia altura (FWHM), que é a largura através da qual a potência óptica é pelo menos metade da potência de pico.e pulsos ultra-cortos (USP) variando de dezenas de picosecundos a femtossegundos são produzidos por lasers com modo bloqueadoA eletrônica de alta velocidade só pode medir pulsos de dezenas de picossegundos no mais rápido.

Se a forma do pulso for conhecida, a relação entre a energia do pulso (Ep), a potência de pico (Pp) e a largura do pulso (tp) é calculada de acordo com a seguinte fórmula:

Entre eles, fs é um coeficiente relacionado à forma do pulso, aproximadamente 0,94 para pulsos gaussianos e cerca de 0,88 para pulsos sech2, mas em geral é calculado aproximadamente como 1.

A largura de banda de um pulso pode ser expressa por frequência, comprimento de onda ou freqüência angular.onde λ e ν são o comprimento de onda central e a frequência, respectivamente, e Δλ e Δν são as larguras de banda expressas em termos de comprimento de onda e frequência, respectivamente.

Impulso limite de largura de banda
Para uma forma de pulso específica, a largura espectral do pulso é a menor quando não há chirp.O produto do seu tempo de pulso e largura de banda de frequência é uma constante, e esta constante é chamada de produto de largura de banda de tempo (TBP). Os produtos de largura de banda de tempo dos pulsos de Gauss e sech2 limitados por largura de banda são aproximadamente 0,441 e 0.315Com base nisso, a quantidade de chirp do pulso real e a dispersão de atraso de grupo cumulativa também podem ser calculadas.

Portanto, quanto mais estreita a largura do pulso, mais amplo é o espectro de Fourier necessário.enquanto a largura de banda de um pulso de atosecundo é ainda maior, e sua frequência central deve ser muito maior do que qualquer frequência de luz visível.

Fatores que influenciam a largura do pulso

Embora a largura do pulso de nanossegundos ou pulsos mais longos dificilmente mude durante a propagação, mesmo em longas distâncias, os pulsos ultracortos podem ser afetados por vários fatores:

A dispersão pode causar um alargamento significativo do pulso, mas pode ser recomprimida com a dispersão oposta.A figura a seguir mostra o diagrama do princípio de funcionamento do compressor de pulso de femtossegundos da Thorlabs compensando a dispersão do microscópio.

A não-linearidade geralmente não afeta diretamente a largura do pulso, mas fará com que a largura de banda se alargue, tornando o pulso mais suscetível à dispersão durante a propagação.

Qualquer tipo de fibra óptica (incluindo outros meios de ganho com largura de banda limitada) pode afetar a largura de banda ou a forma do pulso ultracurto, e uma redução na largura de banda pode levar ao alargamento do tempo.Há também casos em que a largura do pulso de pulsos fortemente citar se encurtam à medida que o espectro estreita.