مروری بر لیزرهای پالسی

مروری برلیزرهای پالسی

مستقیم ترین راه برای تولیدلیزرپالس برای افزودن یک مدولاتور به قسمت بیرونی لیزر پیوسته است. این روش می‌تواند سریع‌ترین پالس پیکوثانیه‌ای را تولید کند، اگرچه ساده است، اما انرژی نوری تلف شده و اوج قدرت نمی‌تواند از توان نور مداوم تجاوز کند. بنابراین، یک راه کارآمدتر برای تولید پالس‌های لیزر، تعدیل در حفره لیزر، ذخیره انرژی در زمان خاموش قطار پالس و آزاد کردن آن در زمان مناسب است. چهار تکنیک رایج مورد استفاده برای تولید پالس از طریق مدولاسیون حفره لیزری عبارتند از: سوئیچینگ بهره، سوئیچینگ Q (تلفات سوئیچینگ)، تخلیه حفره و قفل کردن حالت.

سوئیچ گین با تعدیل توان پمپ، پالس های کوتاه تولید می کند. به عنوان مثال، لیزرهای سوئیچ بهره نیمه هادی می توانند پالس هایی از چند نانوثانیه تا صد پیکوثانیه را با مدولاسیون جریان تولید کنند. اگرچه انرژی پالس کم است، اما این روش بسیار منعطف است، مانند ارائه فرکانس تکرار قابل تنظیم و عرض پالس. در سال 2018، محققان دانشگاه توکیو یک لیزر نیمه هادی با سوئیچ فمتوثانیه را گزارش کردند که نشان دهنده پیشرفتی در یک گلوگاه فنی 40 ساله است.

پالس های قوی نانوثانیه ای عموماً توسط لیزرهای سوئیچ کیو تولید می شوند که در چندین دور رفت و برگشت در حفره ساطع می شوند و انرژی پالس بسته به اندازه سیستم در محدوده چند میلی ژول تا چند ژول است. انرژی متوسط ​​(معمولاً کمتر از 1 میکروژول) پالس‌های پیکوثانیه و فمتوثانیه عمدتاً توسط لیزرهای حالت قفل تولید می‌شوند. یک یا چند پالس اولترا کوتاه در تشدید کننده لیزر وجود دارد که به طور مداوم چرخه می کنند. هر پالس درون حفره ای یک پالس را از طریق آینه کوپلینگ خروجی منتقل می کند و فرکانس آن به طور کلی بین 10 مگاهرتز و 100 گیگاهرتز است. شکل زیر یک فمتوثانیه سالیتون پراکنده پراکندگی کاملا نرمال (ANDi) را نشان می دهد.دستگاه لیزر فیبرکه اکثر آنها را می توان با استفاده از قطعات استاندارد Thorlabs (فیبر، لنز، پایه و میز جابجایی) ساخت.

می توان از تکنیک تخلیه حفره استفاده کردلیزرهای کیو سوئیچبرای به دست آوردن پالس های کوتاه تر و لیزرهای قفل شده برای افزایش انرژی پالس با فرکانس کمتر.

دامنه زمان و دامنه فرکانس پالس
شکل خطی پالس با زمان به طور کلی نسبتا ساده است و می تواند با توابع گاوسی و sech² بیان شود. زمان پالس (همچنین به عنوان عرض پالس نیز شناخته می‌شود) معمولاً با مقدار عرض نیمه ارتفاع (FWHM) بیان می‌شود، یعنی عرضی که در آن توان نوری حداقل نصف توان اوج است. لیزر سوئیچ کیو پالس های کوتاه نانوثانیه ای را تولید می کند
لیزرهای دارای حالت قفل، پالس‌های بسیار کوتاه (USP) به ترتیب ده‌ها پیکوثانیه تا فمتوثانیه تولید می‌کنند. وسایل الکترونیکی پرسرعت فقط می توانند تا ده ها پیکوثانیه اندازه گیری کنند و پالس های کوتاه تر را فقط می توان با فناوری های صرفا نوری مانند همبستگی خودکار، FROG و SPIDER اندازه گیری کرد. در حالی که پالس‌های نانوثانیه یا طولانی‌تر به سختی عرض پالس خود را در حین حرکت تغییر می‌دهند، حتی در فواصل طولانی، پالس‌های بسیار کوتاه می‌توانند تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار بگیرند:

پراکندگی می تواند منجر به گشاد شدن پالس بزرگ شود، اما می تواند با پراکندگی مخالف دوباره فشرده شود. نمودار زیر نشان می دهد که چگونه کمپرسور پالس فمتوثانیه Thorlabs پراکندگی میکروسکوپ را جبران می کند.

غیرخطی بودن عموماً به طور مستقیم بر عرض پالس تأثیر نمی گذارد، اما پهنای باند را افزایش می دهد و باعث می شود پالس در هنگام انتشار بیشتر مستعد پراکندگی باشد. هر نوع فیبر، از جمله سایر رسانه های افزایش با پهنای باند محدود، می تواند بر شکل پهنای باند یا پالس فوق کوتاه تأثیر بگذارد و کاهش پهنای باند می تواند منجر به افزایش زمان شود. همچنین مواردی وجود دارد که عرض پالس پالس با صدای جیر جیر زمانی که طیف باریکتر می شود کوتاهتر می شود.