¿Qué es un láser pulsado?

La forma más directa de generar pulsos láser es añadir un modulador fuera del láser continuo.pierde energía luminosa y la potencia máxima no puede exceder la potencia luminosa continuaPor lo tanto, una forma más eficiente de generar pulsos láser es modular la cavidad del láser, almacenando energía en el tiempo de apagado del tren de pulsos y liberándola a tiempo.La comparación de los dos métodos es la siguiente::

Las cuatro técnicas comúnmente utilizadas para generar pulsos a través de la modulación de la cavidad láser son el cambio de ganancia, el cambio Q (cambio de pérdida), el vaciado de la cavidad y el bloqueo de modo.

El interruptor de ganancia genera pulsos cortos mediante la modulación de la potencia de la bomba.Los láseres con conmutación de ganancia de semiconductores pueden generar pulsos que van desde unos pocos nanosegundos hasta cien picosegundos a través de la modulación de corrienteAunque la energía del pulso es baja, este método es muy flexible, ya que proporciona una frecuencia de repetición y un ancho de pulso ajustables.

Los pulsos de nanosegundos fuertes generalmente son generados por láseres con conmutación Q. El láser se emite en varios viajes de ida y vuelta en la cavidad,y la energía del pulso varía de unos pocos milijoules a varios joules, que está específicamente relacionado con el tamaño del sistema.

Los pulsos de picosegundos y femtosegundos de energía media (generalmente inferiores a 1 μJ) son generados principalmente por láseres con modo bloqueado.Hay uno o más pulsos ultrarrápidos en ciclos continuos dentro de la cavidad de resonancia del láserCada vez que el pulso de la cavidad pasa por el espejo de acoplamiento de salida, emite un pulso, y la frecuencia de repetición es generalmente entre 10 MHz y 100 GHz.La siguiente figura muestra un dispositivo láser de fibra de solitón de femtosegundo de dispersión totalmente normal (ANDi) disipadoraLa gran mayoría puede construirse utilizando componentes estándar de Thorlabs (fibra, lente, asiento de montaje y etapa de desplazamiento).

La tecnología de ventilación en la cavidad se puede aplicar no solo a los láseres con conmutación Q para obtener pulsos más cortos, sino también a los láseres con modo bloqueado para aumentar la energía del pulso a una tasa de repetición más baja.

Impulsos de dominio temporal y de dominio de frecuencia
La forma lineal de un pulso que varía con el tiempo es generalmente simple y puede ser representada por funciones de Gauss y sech2.El tiempo de pulso (también conocido como ancho de pulso) se expresa más comúnmente por el valor de ancho de media altura (FWHM), que es la anchura a través de la cual la potencia óptica es al menos la mitad de la potencia máxima.y pulsos ultracortos (USP) que van desde decenas de picosegundos hasta femtosegundos son producidos por láseres con modo bloqueadoLa electrónica de alta velocidad sólo puede medir pulsos de decenas de picosegundos en el más rápido. pulsos más cortos sólo pueden ser medidos por técnicas ópticas puras, tales como autocorrelatores, rana y araña.

Si se conoce la forma del pulso, se calculará la relación entre la energía del pulso (Ep), la potencia máxima (Pp) y el ancho del pulso (tp) según la siguiente fórmula:

Entre ellos, fs es un coeficiente relacionado con la forma del pulso, aproximadamente 0,94 para los pulsos gaussianos y aproximadamente 0,88 para los pulsos sech2, pero en general se calcula aproximadamente como 1.

El ancho de banda de un pulso puede expresarse por frecuencia, longitud de onda o frecuencia angular.donde λ y ν son la longitud de onda central y la frecuencia respectivamente, y Δλ y Δν son los anchos de banda expresados en términos de longitud de onda y frecuencia respectivamente.

Impulso límite de ancho de banda
Para una forma de pulso específica, el ancho espectral del pulso es el más pequeño cuando no hay chirp.El producto de su tiempo de pulso y ancho de banda de frecuencia es una constante, y esta constante se llama el producto de ancho de banda de tiempo (TBP). Los productos de ancho de banda de tiempo de los pulsos Gaussianos y sech2 limitados por ancho de banda son aproximadamente 0,441 y 0.315Sobre esta base, también se puede calcular la cantidad de chirp del pulso real y la dispersión de retraso de grupo acumulado.

Por lo tanto, cuanto más estrecho sea el ancho de pulso, más amplio será el espectro de Fourier requerido.mientras que el ancho de banda de un pulso de atosecond es aún mayor, y su frecuencia central debe ser mucho más alta que cualquier frecuencia de luz visible.

Factores que influyen en la anchura del pulso

Aunque el ancho de pulso de los pulsos de nanosegundos o más no cambia durante la propagación, incluso a largas distancias, los pulsos ultrarrotos pueden verse afectados por varios factores:

La dispersión puede causar una ampliación significativa del pulso, pero puede comprimirse de nuevo con la dispersión opuesta.La siguiente figura muestra el diagrama del principio de funcionamiento del compresor de pulso de femtosegundos de Thorlabs que compensa la dispersión del microscopio.

La no linealidad generalmente no afecta directamente el ancho del pulso, pero hará que el ancho de banda se ensanche, haciendo que el pulso sea más susceptible a la dispersión durante la propagación.

Cualquier tipo de fibra óptica (incluidos otros medios de ganancia con ancho de banda limitado) puede afectar el ancho de banda o la forma del pulso ultrarroto, y una reducción en el ancho de banda puede conducir a una ampliación del tiempo.También hay casos en los que el ancho de pulso de los pulsos fuerte chirped se acorta a medida que el espectro se estrecha.