Tổng quan về laser xung

Tổng quan vềtia laser xung

Cách trực tiếp nhất để tạo ratia lazexung là thêm một bộ điều biến vào bên ngoài của 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 biến 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 biến khoang laser là chuyển mạch khuếch đại, chuyển mạch Q (chuyển mạch mất mát), làm rỗng khoang và khóa chế độ.

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 một trăm pico giây bằng cách 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. Vào năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã báo cáo về một laser bán dẫn chuyển mạch khuếch đại femto giây, đại diện cho 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 phạm vi 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 chế độ. Có một hoặc nhiều xung cực ngắn trong bộ cộng hưởng laser liên tục tuần hoàn. Mỗi xung trong khoang truyền một xung qua gương ghép đầu ra và tần số tái phát thường nằm trong khoảng từ 10 MHz đến 100 GHz. Hình bên dưới cho thấy femto giây tiêu tán soliton phân 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, ống 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 thường tương đối đơn giản và có thể được biểu thị bằng các hàm Gaussian và sech². Thời gian xung (còn được gọi là độ rộng xung) thường được biểu thị bằng giá trị độ rộng nửa chiều cao (FWHM), tức là độ rộng mà công suất quang ít nhất bằng một nửa công suất đỉnh; laser Q-switched tạo ra các xung ngắn nano giây thông qua
Laser khóa chế độ tạo ra các xung cực ngắn (USP) theo thứ tự từ hàng chục pico giây đến femto giây. Thiết bị điện tử tốc độ cao chỉ có thể đo được tới 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 chúng di chuyển, 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 máy nén xung femto giây Thorlabs bù 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 phân tán hơn trong quá trình truyền. Bất kỳ loại sợi nào, bao gồm cả các phương tiện 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 còn có những trường hợp độ rộng xung của xung có độ chir mạnh trở nên ngắn hơn khi phổ trở nên hẹp hơn.