Laser siêu nhanh là gì?

A. Khái niệm về laser siêu nhanh

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

B. Loại laser siêu nhanh

1. Laser titan-sapphire, thường được khóa chế độ bằng thấu kính Kerr, có thể tạo ra các xung ngắn đến khoảng 5 femtogiây. Công suất đầu ra trung bình của chúng thường là vài trăm milliwatt, với tần số lặp lại xung khoảng 80MHz và thời lượng xung vài chục femtogiây hoặc ít hơn, dẫn đến công suất đỉnh cực cao. Tuy nhiên, laser titan-sapphire cần ánh sáng bơm từ một số laser ánh sáng xanh lục, điều này làm cho chúng phức tạp và đắt tiền hơn.

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

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

(4) Các laser diode khóa chế độ có thể là các thiết bị tích hợp hoặc laser diode khoang ngoài, và có thể là laser khóa chế độ chủ động, thụ động hoặc hỗn hợp. Thông thường, các laser diode khóa chế độ hoạt động ở tốc độ lặp 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, hệ thống này cũng có thể bao gồm bộ khuếch đại siêu nhanh (chẳng hạn như bộ khuếch đại quang học) để tăng công suất đỉnh và công suất đầu ra trung bình.