Tổng quan về laser xung

Tổng quan vềtia laser xung

Cách trực tiếp nhất để tạo ratia laserPhương pháp điều chế xung laser là thêm một bộ điều chế vào bên ngoài laser liên tục. Phương pháp này có thể tạo ra xung pico giây nhanh nhất, mặc dù đơn giản, nhưng năng lượng ánh sáng lãng phí và công suất cực đại không thể vượt quá công suất ánh sáng liên tục. Do đó, một cách hiệu quả hơn để tạo xung laser là điều chế trong khoang laser, lưu trữ năng lượng tại thời điểm tắt của chuỗi xung và giải phóng năng lượng tại thời điểm bật. Bốn kỹ thuật phổ biến được sử dụng để tạo xung thông qua điều chế khoang laser là chuyển mạch khuếch đại, chuyển mạch Q (chuyển mạch tổn hao), làm trống khoang laser và khóa mode.

Công tắc khuếch đại tạo ra các xung ngắn bằng cách điều chế công suất bơm. Ví dụ, laser bán dẫn chuyển mạch khuếch đại có thể tạo ra các xung từ vài nano giây đến hàng trăm pico giây bằng điều chế dòng điện. Mặc dù năng lượng xung thấp, phương pháp này rất linh hoạt, chẳng hạn như cung cấp tần số lặp lại và độ rộng xung có thể điều chỉnh được. Năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã báo cáo một laser bán dẫn chuyển mạch khuếch đại femto giây, đánh dấu một bước đột phá trong tình trạng tắc nghẽn kỹ thuật kéo dài 40 năm.

Các xung nano giây mạnh thường được tạo ra bởi laser Q-switched, được phát ra theo nhiều vòng trong khoang, và năng lượng xung nằm trong khoảng từ vài milijun đến vài joule, tùy thuộc vào kích thước của hệ thống. Các xung pico giây và femto giây năng lượng trung bình (thường dưới 1 μJ) chủ yếu được tạo ra bởi laser khóa mode. Có một hoặc nhiều xung cực ngắn trong bộ cộng hưởng laser tuần hoàn liên tục. Mỗi xung nội khoang truyền một xung qua gương ghép nối đầu ra, và tần số tái phát thường nằm trong khoảng từ 10 MHz đến 100 GHz. Hình dưới đây cho thấy một femto giây soliton tiêu tán hoàn toàn bình thường (ANDi)thiết bị laser sợi quang, phần lớn có thể được chế tạo bằng các thành phần tiêu chuẩn của Thorlabs (sợi quang, thấu kính, giá đỡ và bàn dịch chuyển).

Kỹ thuật làm rỗng khoang có thể được sử dụng choLaser Q-switchedđể có được các xung ngắn hơn và laser khóa chế độ để tăng năng lượng xung với tần số thấp hơn.

Xung miền thời gian và miền tần số
Hình dạng tuyến tính của xung theo thời gian nhìn chung tương đối đơn giản và có thể được biểu diễn bằng hàm Gauss và hàm Sech². Thời gian xung (còn được gọi là độ rộng xung) thường được biểu diễn bằng giá trị độ rộng nửa chiều cao (FWHM), tức là độ rộng mà công suất quang học bằng ít nhất một nửa công suất đỉnh; laser Q-switching tạo ra các xung ngắn nano giây thông qua
Laser khóa mode tạo ra các xung cực ngắn (USP) trong khoảng từ hàng chục pico giây đến femto giây. Thiết bị điện tử tốc độ cao chỉ có thể đo được tối đa hàng chục pico giây, và các xung ngắn hơn chỉ có thể được đo bằng các công nghệ quang học thuần túy như bộ tự tương quan, FROG và SPIDER. Trong khi các xung nano giây hoặc dài hơn hầu như không thay đổi độ rộng xung khi truyền đi, ngay cả trên khoảng cách xa, các xung cực ngắn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:

Sự phân tán có thể dẫn đến sự mở rộng xung lớn, nhưng có thể được nén lại bằng sự phân tán ngược lại. Sơ đồ sau đây cho thấy cách bộ nén xung femto giây Thorlabs bù trừ cho sự phân tán của kính hiển vi.

Tính phi tuyến tính thường không ảnh hưởng trực tiếp đến độ rộng xung, nhưng nó làm rộng băng thông, khiến xung dễ bị tán sắc hơn trong quá trình truyền. Bất kỳ loại sợi quang nào, bao gồm cả các loại môi trường khuếch đại khác có băng thông hạn chế, đều có thể ảnh hưởng đến hình dạng của băng thông hoặc xung cực ngắn, và việc giảm băng thông có thể dẫn đến việc mở rộng thời gian; Ngoài ra, cũng có trường hợp độ rộng xung của xung bị chir mạnh trở nên ngắn hơn khi phổ trở nên hẹp hơn.