Laser siêu nhanh là gì?

A. Khái niệm về laser siêu nhanh

Laser siêu nhanh thường dùng để chỉ laser khóa mode được sử dụng để phát ra các xung cực ngắn, ví dụ, các xung có thời lượng femto giây hoặc pico giây. Một tên gọi chính xác hơn sẽ là laser xung siêu ngắn. Laser xung siêu ngắn gần như là laser khóa mode, nhưng hiệu ứng chuyển đổi độ lợi cũng có thể tạo ra các xung siêu ngắn.

B. Loại laser siêu nhanh

1. Tia laser Ti-sapphire, thường là khóa chế độ thấu kính Kerr, có thể tạo ra các xung ngắn khoảng 5 fs. Công suất đầu ra trung bình của chúng thường là vài trăm miliwatt, với tốc độ lặp lại xung, chẳng hạn, 80MHz và hàng chục femto giây hoặc ít hơn, và thời lượng xung là hàng chục femto giây hoặc ít hơn, tạo ra công suất cực đại cực cao. Nhưng tia laser titan-sapphire đòi hỏi phải bơm ánh sáng từ một số tia laser ánh sáng xanh, khiến chúng phức tạp và đắt hơn.

2. Có nhiều loại laser diode bơm dựa trên, ví dụ, tinh thể laser pha tạp ytterbi (tinh thể hoặc thủy tinh) hoặc pha tạp crom, thường sử dụng khóa chế độ thụ động SESAM. Mặc dù thời lượng xung của laser diode bơm không ngắn bằng thời lượng xung của laser titan-sapphire, laser diode bơm có thể bao phủ một vùng tham số rộng về thời lượng xung, tốc độ lặp lại xung và công suất trung bình (xem bên dưới).

3. Laser sợi quang dựa trên sợi thủy tinh pha tạp các nguyên tố đất hiếm cũng có thể được khóa mode thụ động, ví dụ, sử dụng phép quay phân cực phi tuyến tính hoặc SESAM. Chúng bị hạn chế hơn laser khối về công suất trung bình, đặc biệt là công suất cực đại, nhưng có thể kết hợp thuận tiện với bộ khuếch đại sợi quang. Bài viết về laser sợi quang khóa mode cung cấp thêm thông tin chi tiết.

(4) laser diode khóa chế độ có thể là thiết bị tích hợp hoặc laser diode khoang ngoài và có thể là laser diode khóa chế độ chủ động, thụ động hoặc hỗn hợp. Thông thường, laser diode khóa chế độ hoạt động ở tốc độ lặp lại xung cao (vài nghìn megahertz) ở năng lượng xung vừa phải.

Bộ dao động laser siêu nhanh có thể là một phần của hệ thống laser siêu nhanh, trong đó cũng có thể bao gồm bộ khuếch đại siêu nhanh (như bộ khuếch đại sợi quang) để tăng công suất cực đại và công suất đầu ra trung bình.