نمای کلی ازلیزرهای پالسی
مستقیم‌ترین روش تولیدلیزریکی از روش‌های معمول برای تولید پالس‌های لیزری، اضافه کردن یک مدولاتور به قسمت بیرونی لیزر پیوسته است. این روش می‌تواند سریع‌ترین پالس پیکوثانیه‌ای را تولید کند، اگرچه ساده است، اما انرژی نور تلف‌شده و توان پیک نمی‌تواند از توان نور پیوسته تجاوز کند. بنابراین، یک روش کارآمدتر برای تولید پالس‌های لیزری، مدولاسیون در حفره لیزر، ذخیره انرژی در زمان خاموشی قطار پالس و آزاد کردن آن در زمان روشن بودن آن است. چهار تکنیک رایج مورد استفاده برای تولید پالس‌ها از طریق مدولاسیون حفره لیزری عبارتند از: سوئیچینگ بهره، سوئیچینگ Q (سوئیچینگ تلفات)، تخلیه حفره و قفل مد.
سوئیچ بهره با مدولاسیون توان پمپ، پالس‌های کوتاهی تولید می‌کند. به عنوان مثال، لیزرهای نیمه‌هادی با سوئیچ بهره می‌توانند با مدولاسیون جریان، پالس‌هایی از چند نانوثانیه تا صد پیکوثانیه تولید کنند. اگرچه انرژی پالس کم است، اما این روش بسیار انعطاف‌پذیر است، مانند ارائه فرکانس تکرار قابل تنظیم و پهنای پالس. در سال ۲۰۱۸، محققان دانشگاه توکیو از یک لیزر نیمه‌هادی با سوئیچ بهره فمتوثانیه خبر دادند که نشان‌دهنده یک پیشرفت در یک تنگنای فنی ۴۰ ساله است.
پالس‌های قوی نانوثانیه‌ای عموماً توسط لیزرهای Q-switched تولید می‌شوند که در چندین رفت و برگشت در حفره منتشر می‌شوند و انرژی پالس بسته به اندازه سیستم، در محدوده چند میلی‌ژول تا چند ژول است. پالس‌های پیکوثانیه‌ای و فمتوثانیه‌ای با انرژی متوسط (عموماً کمتر از 1 میکروژول) عمدتاً توسط لیزرهای قفل‌شده با مد تولید می‌شوند. یک یا چند پالس فوق کوتاه در تشدیدگر لیزر وجود دارد که به طور مداوم چرخه می‌خورند. هر پالس درون حفره، یک پالس را از طریق آینه کوپلینگ خروجی منتقل می‌کند و فرکانس بازفرکانس عموماً بین 10 مگاهرتز و 100 گیگاهرتز است. شکل زیر یک فمتوثانیه سالیتون اتلافی با پراکندگی کاملاً نرمال (ANDi) را نشان می‌دهد.دستگاه لیزر فیبریکه بیشتر آنها را می‌توان با استفاده از قطعات استاندارد Thorlabs (فیبر، لنز، پایه و میز جابجایی) ساخت.
از تکنیک تخلیه حفره می‌توان برای موارد زیر استفاده کرد:لیزرهای کیو-سوئیچبرای به دست آوردن پالس‌های کوتاه‌تر و لیزرهای قفل‌شده با مد برای افزایش انرژی پالس با فرکانس پایین‌تر.
پالس‌های حوزه زمان و حوزه فرکانس
شکل خطی پالس با زمان عموماً نسبتاً ساده است و می‌توان آن را با توابع گاوسی و sech² بیان کرد. زمان پالس (که به عنوان پهنای پالس نیز شناخته می‌شود) معمولاً با مقدار پهنای نیم‌ارتفاع (FWHM) بیان می‌شود، یعنی پهنایی که در آن توان نوری حداقل نصف توان پیک است. لیزر Q-switched پالس‌های کوتاه نانوثانیه‌ای را از طریق ... تولید می‌کند.
لیزرهای قفل‌شده‌ی مدی، پالس‌های فوق کوتاه (USP) را در محدوده‌ی ده‌ها پیکوثانیه تا فمتوثانیه تولید می‌کنند. دستگاه‌های الکترونیکی پرسرعت فقط می‌توانند تا ده‌ها پیکوثانیه را اندازه‌گیری کنند و پالس‌های کوتاه‌تر را فقط می‌توان با فناوری‌های کاملاً نوری مانند خودهمبستگی‌سازها، FROG و SPIDER اندازه‌گیری کرد. در حالی که پالس‌های نانوثانیه‌ای یا طولانی‌تر به سختی پهنای پالس خود را در حین حرکت، حتی در فواصل طولانی، تغییر می‌دهند، پالس‌های فوق کوتاه می‌توانند تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار گیرند:
پراکندگی می‌تواند منجر به پهن شدن زیاد پالس شود، اما می‌تواند با پراکندگی مخالف دوباره فشرده شود. نمودار زیر نشان می‌دهد که چگونه کمپرسور پالس فمتوثانیه‌ای Thorlabs پراکندگی میکروسکوپ را جبران می‌کند.
غیرخطی بودن عموماً مستقیماً بر پهنای پالس تأثیر نمی‌گذارد، اما پهنای باند را افزایش می‌دهد و پالس را در طول انتشار بیشتر مستعد پراکندگی می‌کند. هر نوع فیبر، از جمله سایر محیط‌های بهره با پهنای باند محدود، می‌تواند بر شکل پهنای باند یا پالس فوق کوتاه تأثیر بگذارد و کاهش پهنای باند می‌تواند منجر به افزایش طول زمان شود. همچنین مواردی وجود دارد که پهنای پالس پالس با چیرپ قوی، با باریک‌تر شدن طیف، کوتاه‌تر می‌شود.
زمان ارسال: ۵ فوریه ۲۰۲۴