Tổng quan về laser xung

Tổng quan vềlaser xung

Cách trực tiếp nhất để tạo ratia lazexung là thêm một bộ điều biến vào bên ngoài của tia laser liên tục. Phương pháp này có thể tạo ra xung pico giây nhanh nhất, tuy đơn giản nhưng lãng phí năng lượng ánh sáng và công suất cực đại không thể vượt quá công suất ánh sáng liên tục. Do đó, một cách hiệu quả hơn để tạo ra các xung laser là điều chỉnh trong khoang laser, lưu trữ năng lượng vào thời điểm không hoạt động của chuỗi xung và giải phóng năng lượng vào đúng thời điểm. 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 mất mát), làm trống khoang và khóa chế độ.

Công tắc khuếch đại tạo ra các xung ngắn bằng cách điều chỉnh công suất bơm. Ví dụ, laser chuyển mạch khuếch đại bán dẫn 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 nhưng 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 về loại laser bán dẫn chuyển đổi mức tăng femto giây, đại diện cho một bước đột phá trong nút thắt kỹ thuật kéo dài 40 năm.

Các xung nano giây mạnh thường được tạo ra bởi các laser Q-switched, được phát ra theo nhiều vòng trong hộp và năng lượng xung nằm trong khoảng từ vài milijoule đến vài joules, tùy thuộc vào kích thước của hệ thống. Các xung picosecond và femtosecond năng lượng trung bình (thường dưới 1 μJ) chủ yếu được tạo ra bởi các laser bị khóa chế độ. Có một hoặc nhiều xung siêu ngắn trong bộ cộng hưởng laser quay vòng liên tục. Mỗi xung trong khoang truyền một xung qua gương ghép đầu ra và tần số tái tạo thường nằm trong khoảng từ 10 MHz đến 100 GHz. Hình dưới đây cho thấy sự phân tán tiêu tán hoàn toàn bình thường (ANDi) soliton femtosecondthiết bị laser sợi quang, hầu hết trong số đó có thể được chế tạo bằng cách sử dụng các thành phần tiêu chuẩn của Thorlabs (sợi quang, ống kính, ngàm và bảng dịch chuyển).

Kỹ thuật làm rỗng khoang có thể được sử dụng đểLaser chuyển mạch Qđể thu được các xung ngắn hơn và laser khóa chế độ để tăng năng lượng xung với tần số tái chế 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 thị bằng các hàm Gaussian và sech². Thời gian xung (còn được gọi là độ rộng xung) được biểu thị phổ biến nhất bằng giá trị độ rộng nửa chiều cao (FWHM), nghĩa là chiều rộng mà công suất quang ít nhất bằng một nửa công suất cực đại; Laser Q-switched tạo ra các xung ngắn nano giây thông qua
Laser bị 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 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. Mặc dù các xung nano giây hoặc dài hơn hầu như không thay đổi độ rộng xung khi chúng truyền đi, thậm chí trên khoảng cách xa, các xung cực ngắn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau:

Sự tán sắc có thể dẫn đến sự mở rộng xung lớn, nhưng có thể bị nén lại với sự tán sắc ngược lại. Sơ đồ sau đây cho thấy cách máy nén xung femtosecond của Thorlabs bù đắp cho sự phân tán của kính hiển vi.

Tính phi tuyến nói chung không ảnh hưởng trực tiếp đến độ rộng xung nhưng nó làm mở rộng băng thông, khiến xung dễ bị phân tán hơn trong quá trình truyền. Bất kỳ loại sợi nào, kể 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; Cũng có trường hợp độ rộng xung của xung có tiếng kêu mạnh trở nên ngắn hơn khi phổ trở nên hẹp hơn.