Laser siêu nhanh là gì?

A. Khái niệm về tia 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 độ dài 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 mạch khuếch đại cũng có thể tạo ra các xung siêu ngắn.

B. Loại laser siêu nhanh

1. Laser Ti-sapphire, thường được khóa mode bằng 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 80 MHz 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. Tuy nhiên, laser titan-sapphire đòi hỏi phải bơm ánh sáng từ một số laser ánh sáng xanh, khiến chúng phức tạp và đắt tiền hơn.

2. Có nhiều loại laser bơm diode dựa trên, ví dụ, tinh thể laser pha tạp ytterbi (tinh thể hoặc thủy tinh) hoặc pha tạp crom, thường sử dụng khóa mode thụ động SESAM. Mặc dù thời gian xung của laser bơm diode không ngắn bằng thời gian xung của laser titan-sapphire, nhưng laser bơm diode có thể bao phủ một vùng tham số rộng về thời gian 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 phương pháp xoay 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 chi tiết.

(4) Laser diode khóa mode có thể là thiết bị tích hợp hoặc laser diode khoang ngoài, và có thể là laser diode khóa mode chủ động, thụ động hoặc hỗn hợp. Thông thường, laser diode khóa mode hoạt động ở tần số lặp lại xung cao (vài nghìn megahertz) với 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.