Tổng quan về laser xung

Tổng quan vềLaser xung

Cách trực tiếp nhất để tạolaserCác xung là để thêm một bộ điều biến vào bên ngoài laser liên tục. Phương pháp này có thể tạo ra xung picosecond nhanh nhất, mặc dù đơn giản, nhưng năng lượng ánh sáng thải 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 gian của tàu xung và giải phóng nó tại đúng thời điểm. Bốn kỹ thuật phổ biến được sử dụng để tạo xung thông qua điều chế khoang laser là chuyển đổi độ tăng, chuyển đổi Q (chuyển đổi mất), làm trống khoang và khóa chế độ.

Công tắc tăng tạo ra các xung ngắn bằng cách điều chỉnh công suất bơm. Ví dụ, các laser chuyển đổi độ tăng bán dẫn có thể tạo ra các xung từ một vài nano giây đến một trăm picosecond bằng cách điều chế hiện tại. Mặc dù năng lượng xung thấp, phương pháp này rất linh hoạt, chẳng hạn như cung cấp tần số lặp lại có thể điều chỉnh và chiều rộng xung. Vào năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã báo cáo một laser bán dẫn chuyển đổi được chuyển đổi femtosecond, đại diện cho một bước đột phá trong một nút cổ chai kỹ thuật 40 năm.

Các xung nano giây mạnh thường được tạo ra bởi các laser Q-switch, được phát ra trong một số chuyến đi vòng trong khoang, và năng lượng xung nằm trong phạm vi của một số millijoules đến một số joules, tùy thuộc vào kích thước của hệ thống. Năng lượng trung bình (thường dưới 1 μJ) xung picosecond và femtosecond chủ yếu được tạo ra bởi các laser bị khóa chế độ. Có một hoặc nhiều xung ultrashort trong bộ cộng hưởng laser liên tục chu kỳ. Mỗi xung nội sọ truyền một xung qua gương kết hợp đầu ra, và tính không đủ tần số thường nằm trong khoảng từ 10 MHz đến 100 GHz. Hình dưới đây cho thấy sự phân tán hoàn toàn bình thường (Andi) soliton femtosecondThiết bị laser sợi, hầu hết trong số đó có thể được xây dựng bằng các thành phần tiêu chuẩn của Thorlabs (sợi, ống kính, gắn kết và bàn dịch chuyển).

Kỹ thuật làm trống khoang có thể được sử dụng choQ-Switched laserĐể có được các xung ngắn hơn và laser bị khóa chế độ để tăng năng lượng xung với khả năng không có tần số thấp hơn.

Các xung miền và miền tần số thời gian
Hình dạng tuyến tính của xung theo thời gian nói chung tương đối đơn giản và có thể được biểu thị bằng các hàm Gaussian và Sech². Thời gian xung (còn được gọi là chiều rộng xung) được biểu thị phổ biến nhất bằng giá trị chiều rộng nửa chiều cao (FWHM), nghĩa là chiều rộng mà công suất quang ít nhất là một nửa công suất cực đại; Laser chuyển đổi Q tạo ra các xung ngắn nano giây qua
Laser khóa chế độ tạo ra các xung siêu ngắn (USP) theo thứ tự hàng chục picoseconds đến femtoseconds. Các thiết bị điện tử tốc độ cao chỉ có thể đo được đến hàng chục picosecond và các xung ngắn hơn chỉ có thể được đo bằng các công nghệ quang hoàn toàn như máy tự động, ếch và nhện. Trong khi các xung nano giây hoặc dài hơn hầu như không thay đổi chiều rộng xung của chúng khi chúng di chuyển, thậm chí trong khoảng cách xa, các xung siêu ngắn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau:

Sự phân tán có thể dẫn đến việc mở rộng xung lớn, nhưng có thể được tái hiện với sự phân tán ngược lại. Biểu đồ sau đây cho thấy làm thế nào máy nén xung femtosecond của Thorlabs bù cho sự phân tán kính hiển vi.

Tính phi tuyến thường không ảnh hưởng trực tiếp đến chiều rộng xung, nhưng nó mở rộng băng thông, làm cho xung dễ bị phân tán hơn trong quá trình lan truyền. Bất kỳ loại sợi nào, bao gồm các phương tiện tăng khác với băng thông hạn chế, 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 về thời gian; Cũng có những trường hợp độ rộng xung của xung bị ríu rít mạnh mẽ hơn khi phổ trở nên hẹp hơn.