Översikt överpulserade lasrar
Det mest direkta sättet att genereralaserpulser är att lägga till en modulator på utsidan av den kontinuerliga lasern. Denna metod kan producera den snabbaste pikosekundpulsen, även om den är enkel, men spillljusenergi och toppeffekt kan inte överstiga kontinuerlig ljuseffekt. Därför är ett mer effektivt sätt att generera laserpulser att modulera i laserkaviteten, lagra energi vid pulstågets avstängningstid och släppa den vid på-tid. De fyra vanliga teknikerna som används för att generera pulser genom laserkavitetsmodulering är förstärkningsomkoppling, Q-omkoppling (förlustomkoppling), kavitetstömning och modlåsning.
Förstärkningsomkopplaren genererar korta pulser genom att modulera pumpeffekten. Till exempel kan halvledarlasrar med förstärkning generera pulser från några nanosekunder till hundra pikosekunder genom strömmodulering. Även om pulsenergin är låg är denna metod mycket flexibel, till exempel genom att ge justerbar repetitionsfrekvens och pulsbredd. År 2018 rapporterade forskare vid Tokyos universitet en femtosekundsförstärkningsomkopplad halvledarlaser, vilket representerade ett genombrott i en 40 år lång teknisk flaskhals.
Starka nanosekundpulser genereras vanligtvis av Q-switchade lasrar, som emitteras i flera rundgångar i kaviteten, och pulsenergin ligger i intervallet några millijoule till några joule, beroende på systemets storlek. Medelenergipulser (vanligtvis under 1 μJ) i pikosekund och femtosekund genereras huvudsakligen av modlåsta lasrar. Det finns en eller flera ultrakorta pulser i laserresonatorn som cyklar kontinuerligt. Varje intrakavitetspuls sänder en puls genom utgångskopplingsspegeln, och refrekvensen ligger vanligtvis mellan 10 MHz och 100 GHz. Figuren nedan visar en helt normal dispersions (ANDi) dissipativ soliton femtosekund.fiberlaseranordning, varav de flesta kan byggas med Thorlabs standardkomponenter (fiber, lins, fäste och förskjutningsbord).
Kavitetstömningsteknik kan användas förQ-switchade lasrarför att erhålla kortare pulser och modlåsta lasrar för att öka pulsenergin med lägre refrekvens.
Tidsdomän- och frekvensdomänpulser
Pulsens linjära form med tiden är generellt relativt enkel och kan uttryckas med Gaussiska och sech²-funktioner. Pulstid (även känd som pulsbredd) uttrycks oftast med halvhöjdsbreddvärdet (FWHM), det vill säga den bredd över vilken den optiska effekten är minst hälften av toppeffekten; Q-switchad laser genererar korta nanosekundpulser genom
Modlåsta lasrar producerar ultrakorta pulser (USP) i storleksordningen tiotals pikosekunder till femtosekunder. Höghastighetselektronik kan bara mäta upp till tiotals pikosekunder, och kortare pulser kan endast mätas med rent optiska tekniker som autokorrelatorer, FROG och SPIDER. Medan nanosekundspulser eller längre pulser knappast ändrar sin pulsbredd när de färdas, inte ens över långa avstånd, kan ultrakorta pulser påverkas av en mängd olika faktorer:
Dispersion kan resultera i en stor pulsbreddning, men kan återkomprimeras med motsatt dispersion. Följande diagram visar hur Thorlabs femtosekundpulskompressor kompenserar för mikroskopdispersion.
Icke-linjäritet påverkar i allmänhet inte pulsbredden direkt, men den breddar bandbredden, vilket gör pulsen mer mottaglig för dispersion under utbredning. Alla typer av fibrer, inklusive andra förstärkningsmedia med begränsad bandbredd, kan påverka formen på bandbredden eller ultrakorta pulser, och en minskning av bandbredden kan leda till en breddning över tid. Det finns också fall där pulsbredden för den starkt kvittrade pulsen blir kortare när spektrumet blir smalare.
Publiceringstid: 5 februari 2024