Обзор импульсных лазеров

Обзоримпульсные лазеры

Самый прямой способ созданиялазерИмпульсы заключаются в добавлении модулятора снаружи непрерывного лазера. Этот метод может производить самый быстрый пикосекундный импульс, хотя и прост, но теряет энергию света, а пиковая мощность не может превышать мощность непрерывного света. Следовательно, более эффективным способом генерации лазерных импульсов является модуляция в резонаторе лазера, сохранение энергии во время выключения последовательности импульсов и высвобождение ее во время включения. Четырьмя распространенными методами, используемыми для генерации импульсов посредством модуляции лазерного резонатора, являются переключение усиления, переключение добротности (переключение потерь), опустошение резонатора и синхронизация мод.

Переключатель усиления генерирует короткие импульсы, модулируя мощность накачки. Например, полупроводниковые лазеры с переключением усиления могут генерировать импульсы длительностью от нескольких наносекунд до сотен пикосекунд за счет модуляции тока. Хотя энергия импульса невелика, этот метод очень гибок, например, обеспечивает регулируемую частоту повторения и ширину импульса. В 2018 году исследователи из Токийского университета сообщили о фемтосекундном полупроводниковом лазере с переключением усиления, который представляет собой прорыв в решении 40-летней технической проблемы.

Сильные наносекундные импульсы обычно генерируются лазерами с модуляцией добротности, которые излучаются в резонаторе за несколько проходов туда и обратно, а энергия импульса находится в диапазоне от нескольких миллиджоулей до нескольких джоулей, в зависимости от размера системы. Пикосекундные и фемтосекундные импульсы средней энергии (обычно ниже 1 мкДж) генерируются в основном лазерами с синхронизацией мод. В лазерном резонаторе имеется один или несколько ультракоротких импульсов, которые непрерывно циклически повторяются. Каждый внутрирезонаторный импульс передает импульс через выходное зеркало связи, а частота повторения обычно составляет от 10 МГц до 100 ГГц. На рисунке ниже показан фемтосекундный диссипативный солитон с полностью нормальной дисперсией (ANDi).волоконное лазерное устройство, большинство из которых можно собрать с использованием стандартных компонентов Thorlabs (волокна, линзы, крепления и таблицы смещения).

Технику опорожнения полости можно использовать дляЛазеры с модуляцией добротностидля получения более коротких импульсов и лазеров с синхронизацией мод для увеличения энергии импульса при более низкой частоте.

Импульсы во временной и частотной области
Линейная форма импульса во времени обычно относительно проста и может быть выражена функциями Гаусса и sech². Время импульса (также известное как ширина импульса) чаще всего выражается значением ширины половинной высоты (FWHM), то есть ширины, в которой оптическая мощность составляет как минимум половину пиковой мощности; Лазер с модуляцией добротности генерирует наносекундные короткие импульсы через
Лазеры с синхронизацией мод производят ультракороткие импульсы (USP) длительностью от десятков пикосекунд до фемтосекунд. Высокоскоростная электроника может измерять длительность только до десятков пикосекунд, а более короткие импульсы можно измерить только с помощью чисто оптических технологий, таких как автокорреляторы, FROG и SPIDER. Хотя наносекундные или более длинные импульсы почти не меняют свою ширину по мере прохождения, даже на большие расстояния, на ультракороткие импульсы могут влиять различные факторы:

Дисперсия может привести к значительному уширению импульса, но может быть повторно сжата с противоположной дисперсией. На следующей диаграмме показано, как компрессор фемтосекундных импульсов Thorlabs компенсирует дисперсию микроскопа.

Нелинейность обычно не влияет напрямую на ширину импульса, но расширяет полосу пропускания, делая импульс более чувствительным к дисперсии во время распространения. Любой тип волокна, включая другие усиливающие среды с ограниченной полосой пропускания, может влиять на форму полосы пропускания или сверхкороткого импульса, а уменьшение полосы пропускания может привести к расширению во времени; Существуют также случаи, когда длительность сильно чирпированного импульса становится короче, когда спектр становится уже.