סקירה כללית של לייזרים פועמים

סקירה כללית שללייזרים פועמים

הדרך הישירה ביותר לייצרלייזרפולסים הם להוסיף מודולטור לחלק החיצוני של הלייזר הרציף. שיטה זו יכולה לייצר את הדופק המהיר ביותר של פיקוסקונד, אם כי פשוט, אך אנרגיית אור פסולת וכוח שיא אינם יכולים לעלות על כוח אור רציף. לפיכך, דרך יעילה יותר לייצר פולסי לייזר היא לשנות את חלל הלייזר, לאחסן אנרגיה בזמן מחוץ לרכבת הדופק ולשחרר אותה בזמן. ארבע הטכניקות הנפוצות המשמשות לייצור פולסים באמצעות אפנון חלל לייזר הן מיתוג רווח, החלפת Q (מיתוג אובדן), התרוקנות חלל ונעילת מצב.

מתג הרווח מייצר פולסים קצרים על ידי אפנון כוח המשאבה. לדוגמה, לייזרים בעלי מוליכים למחצה מוליכים מוליכים מוליכים יכולים לייצר קטניות מכמה ננו-שניות למאה פיקוסקונט על ידי אפנון שוטף. למרות שאנרגיית הדופק נמוכה, שיטה זו גמישה מאוד, כגון מתן תדירות חזרה מתכווננת ורוחב הדופק. בשנת 2018 דיווחו חוקרים מאוניברסיטת טוקיו על לייזר מוליכים למחצה של מוליכים למחצה, המייצגים פריצת דרך בצוואר בקבוק טכני בן 40 שנה.

קטניות ננו-שניות חזקות נוצרות בדרך כלל על ידי לייזרים עם מיתוג Q, הנפלטים בכמה נסיעות עגולות בחלל, ואנרגיית הדופק נמצאת בטווח של כמה מיליאול למספר ג'ול, תלוי בגודל המערכת. אנרגיה בינונית (בדרך כלל מתחת ל 1 μJ) פולסים פיקו-שניים ופטוס-שניות נוצרים בעיקר על ידי לייזרים נעולים במצב. ישנם פולסים אולטרה -מורט אחד או יותר בתהודה הלייזר המחזור ברציפות. כל דופק תוך -חלקי משדר דופק דרך מראה צימוד הפלט, ותדר מחדש הוא בדרך כלל בין 10 מגה הרץ ל 100 ג'יגה הרץ. האיור שלהלן מראה פיזור רגיל לחלוטין (אנדי) סוליטון פטוסקונד מתפזרמכשיר לייזר סיבים, שרובם ניתן לבנות באמצעות רכיבים סטנדרטיים של ThorLabs (סיבים, עדשה, הרכבה ועקירה).

ניתן להשתמש בטכניקת התרוקנות חלללייזרים עם מיתוג Q.כדי להשיג פולסים קצרים יותר וליזרים נעולים במצב כדי להגדיל את אנרגיית הדופק עם תדרוך נמוך יותר.

פעימות דומיין ותדר
הצורה הליניארית של הדופק עם הזמן היא בדרך כלל פשוטה יחסית ויכולה לבטא על ידי פונקציות גאוסיות ו- SECH². זמן הדופק (הידוע גם בשם רוחב הדופק) מתבטא לרוב על ידי הערך רוחב חצי גובה (FWHM), כלומר הרוחב שברובו הכוח האופטי הוא לפחות מחצית כוח השיא; לייזר Q-מיתוג מייצר פעימות קצרות של ננו-שניות
לייזרים נעולים במצב מייצרים פולסים קצרים במיוחד (USP) בסדר גודל של עשרות פיקו-שניות לפנקו-שניות. אלקטרוניקה מהירה יכולה רק למדוד עשרות פיקוסקונט, וניתן למדוד פולסים קצרים יותר רק עם טכנולוגיות אופטיות גרידא כמו מתאם אוטומטי, צפרדע ועכביש. בעוד שאננו-שניות או פולסים ארוכים יותר כמעט ולא משנים את רוחב הדופק שלהם בזמן שהם נוסעים, אפילו במרחקים ארוכים, קטניות קצרות אולטרה יכולות להיות מושפעות ממגוון גורמים:

פיזור יכול לגרום להרחבת דופק גדולה, אך ניתן להתפרסם בפיזור ההפוך. התרשים הבא מראה כיצד מדחס הדופק של ThorLabs femtosecond מפצה על פיזור המיקרוסקופ.

אי -ליניאריות בדרך כלל אינה משפיעה ישירות על רוחב הדופק, אך היא מרחיבה את רוחב הפס, מה שהופך את הדופק לרגיש יותר לפיזור במהלך ההתפשטות. כל סוג של סיבים, כולל מדיה רווח אחרת עם רוחב פס מוגבל, יכול להשפיע על צורת רוחב הפס או הדופק הקצרה במיוחד, וירידה ברוחב הפס יכול להוביל להתרחבות בזמן; ישנם גם מקרים בהם רוחב הדופק של הדופק המצמרר מאוד הופך לקצר יותר כאשר הספקטרום הופך להיות צר יותר.