Overzicht vangepulseerde lasers
De meest directe manier om te genererenlaserEen manier om pulsen te genereren is door een modulator aan de buitenkant van de continue laser toe te voegen. Deze methode kan de snelste picosecondepuls produceren, hoewel eenvoudig, maar verspilt lichtenergie en het piekvermogen kan het vermogen van de continue laser niet overschrijden. Daarom is een efficiëntere manier om laserpulsen te genereren, modulatie in de laserholte, waarbij energie wordt opgeslagen tijdens de uit-tijd van de pulstrein en vrijgegeven tijdens de in-tijd. De vier meest gebruikte technieken voor het genereren van pulsen door middel van laserholtemodulatie zijn gain switching, Q-switching (loss switching), cavity emptying en mode-locking.
De gain-switch genereert korte pulsen door het pompvermogen te moduleren. Zo kunnen halfgeleider-gain-switched lasers pulsen genereren van enkele nanoseconden tot honderd picoseconden door middel van stroommodulatie. Hoewel de pulsenergie laag is, is deze methode zeer flexibel, bijvoorbeeld door de mogelijkheid om de herhalingsfrequentie en pulsbreedte in te stellen. In 2018 rapporteerden onderzoekers van de Universiteit van Tokio een femtoseconde gain-switched halfgeleiderlaser, wat een doorbraak betekende in een technisch knelpunt dat al 40 jaar bestond.
Sterke nanoseconde pulsen worden over het algemeen gegenereerd door Q-geschakelde lasers, die in meerdere rondgangen in de resonator worden uitgezonden. De pulsenergie ligt in het bereik van enkele millijoules tot enkele joules, afhankelijk van de grootte van het systeem. Picoseconde en femtoseconde pulsen met een gemiddelde energie (doorgaans onder 1 μJ) worden voornamelijk gegenereerd door mode-locked lasers. In de laserresonator bevinden zich een of meer ultrakorte pulsen die continu cyclisch worden uitgezonden. Elke intracaviteitpuls zendt een puls door de uitgangskoppelingsspiegel, en de resonantiefrequentie ligt over het algemeen tussen 10 MHz en 100 GHz. De onderstaande afbeelding toont een volledig normale dispersie (ANDi) dissipatieve soliton femtosecondevezellaserapparaatwaarvan de meeste gebouwd kunnen worden met behulp van de standaardcomponenten van Thorlabs (vezel, lens, houder en verplaatsingstafel).
De techniek voor het leegmaken van de lichaamsholte kan worden gebruikt voorQ-geschakelde lasersOm kortere pulsen te verkrijgen en mode-locked lasers te gebruiken om de pulsenergie te verhogen bij een lagere frequentie.
Pulsen in het tijdsdomein en het frequentiedomein
De lineaire vorm van de puls in de tijd is over het algemeen relatief eenvoudig en kan worden uitgedrukt door Gauss- en sech²-functies. De pulsduur (ook wel pulsbreedte genoemd) wordt meestal uitgedrukt door de halfwaardebreedte (FWHM), dat wil zeggen de breedte waarover het optische vermogen minstens de helft van het piekvermogen bedraagt; een Q-geschakelde laser genereert nanoseconde-korte pulsen.
Mode-locked lasers produceren ultrakorte pulsen (USP) in de orde van tientallen picoseconden tot femtoseconden. Snelle elektronica kan slechts pulsen tot tientallen picoseconden meten, en kortere pulsen kunnen alleen worden gemeten met puur optische technologieën zoals autocorrelatoren, FROG en SPIDER. Terwijl nanoseconde- of langere pulsen hun pulsbreedte nauwelijks veranderen tijdens hun voortplanting, zelfs over lange afstanden, kunnen ultrakorte pulsen door diverse factoren worden beïnvloed:
Dispersie kan leiden tot een sterke verbreding van de puls, maar kan worden gecomprimeerd met de tegenovergestelde dispersie. Het volgende diagram laat zien hoe de Thorlabs femtoseconde pulscompressor de dispersie van de microscoop compenseert.
Niet-lineariteit heeft over het algemeen geen directe invloed op de pulsbreedte, maar vergroot wel de bandbreedte, waardoor de puls gevoeliger wordt voor dispersie tijdens de propagatie. Elk type vezel, inclusief andere versterkingsmedia met een beperkte bandbreedte, kan de vorm van de bandbreedte of ultrakorte puls beïnvloeden, en een afname van de bandbreedte kan leiden tot een verbreding in de tijd. Er zijn ook gevallen waarin de pulsbreedte van een sterk gechirpte puls korter wordt wanneer het spectrum smaller wordt.
Geplaatst op: 05-02-2024