סקירה כללית של לייזרים פולסים

סקירה כללית שללייזרים דופקים

הדרך הישירה ביותר ליצורלייזרפולסים הוא להוסיף אפנן לחלק החיצוני של הלייזר הרציף. שיטה זו יכולה לייצר את הדופק הפיקושניות המהיר ביותר, אם כי פשוט, אך בזבוז אנרגיית אור ושיא הספק אינו יכול לחרוג מהספק האור המתמשך. לכן, דרך יעילה יותר ליצור פולסי לייזר היא לווסת בחלל הלייזר, אחסון אנרגיה בזמן כבוי של רכבת הפולסים ושחרורה בזמן מופעל. ארבע הטכניקות הנפוצות המשמשות ליצירת פולסים באמצעות אפנון חלל לייזר הן מיתוג רווח, מיתוג Q (מיתוג הפסד), ריקון חלל ונעילת מצבים.

מתג ההגברה יוצר פולסים קצרים על ידי אפנון כוח המשאבה. לדוגמה, לייזרים מוליכים למחצה יכולים להפיק פולסים מכמה ננו-שניות עד מאה פיקו-שניות על ידי אפנון זרם. למרות שאנרגיית הפולסים נמוכה, שיטה זו היא גמישה מאוד, כגון מתן תדר חזרות מתכוונן ורוחב הפולסים. בשנת 2018, חוקרים מאוניברסיטת טוקיו דיווחו על לייזר מוליכים למחצה עם מיתוג רווח של פמט שנייה, המייצג פריצת דרך בצוואר בקבוק טכני של 40 שנה.

פולסים חזקים של ננו-שניות נוצרים בדרך כלל על ידי לייזרים מתווי Q, הנפלטים בכמה נסיעות הלוך ושוב בחלל, ואנרגיית הפולס היא בטווח של מספר מיליג'אול עד מספר ג'אול, תלוי בגודל המערכת. אנרגיה בינונית (בדרך כלל מתחת ל-1 μJ) פולסים של פיקו-שניות ופמט-שניות נוצרים בעיקר על ידי לייזרים נעולים במצב. ישנם פולסים קצרים אולטרה-קצרים אחד או יותר במהוד הלייזר שמסתובבים ברציפות. כל פולס תוך חלל משדר פולס דרך מראת צימוד המוצא, והתדר הוא בדרך כלל בין 10 מגה-הרץ ל-100 גיגה-הרץ. האיור שלהלן מציג פיזור תקין לחלוטין (ANDi) פמט-שנייה סוליטוןמכשיר לייזר סיבים, את רובם ניתן לבנות באמצעות רכיבים סטנדרטיים של Thorlabs (סיבים, עדשה, תושבת ושולחן תזוזה).

ניתן להשתמש בטכניקת ריקון חלליםלייזרים עם Q-switchלהשיג פולסים קצרים יותר ולייזרים נעולים במצב להגברת אנרגיית הפולסים בתדר נמוך יותר.

פולסים של תחום זמן ותחום תדר
הצורה הליניארית של הדופק עם הזמן היא בדרך כלל פשוטה יחסית וניתנת לביטוי באמצעות פונקציות גאוס ו-sech². זמן פעימה (הידוע גם כרוחב פעימה) מתבטא לרוב בערך רוחב חצי גובה (FWHM), כלומר הרוחב שעל פניו ההספק האופטי הוא לפחות מחצית מהספק השיא; לייזר עם Q-switch מייצר פולסים קצרים של ננו-שנייה
לייזרים נעולים במצב מייצרים פולסים קצרים במיוחד (USP) בסדר גודל של עשרות פיקו-שניות עד פמט-שניות. אלקטרוניקה במהירות גבוהה יכולה למדוד רק עד עשרות פיקושניות, וניתן למדוד פולסים קצרים יותר רק בטכנולוגיות אופטיות גרידא כמו אוטוקורלטורים, FROG ו-SPIDER. בעוד שפולסים של ננו-שנייה או יותר כמעט ולא משנים את רוחב הדופק שלהם בזמן שהם נוסעים, אפילו למרחקים ארוכים, פולסים קצרים במיוחד יכולים להיות מושפעים ממגוון גורמים:

פיזור יכול לגרום להרחבת דופק גדולה, אך ניתן לדחוס מחדש עם פיזור הפוך. התרשים הבא מראה כיצד מדחס הדופק הפמט-שני של Thorlabs מפצה על פיזור המיקרוסקופ.

אי-לינאריות בדרך כלל אינה משפיעה ישירות על רוחב הדופק, אך היא מרחיבה את רוחב הפס, מה שהופך את הדופק ליותר רגיש לפיזור במהלך התפשטות. כל סוג של סיב, לרבות אמצעי רווח אחרים בעלי רוחב פס מוגבל, יכול להשפיע על צורת רוחב הפס או הדופק הקצר במיוחד, וירידה ברוחב הפס עלולה להוביל להרחבת זמן; ישנם גם מקרים בהם רוחב הפולסים של הפולס המציוץ חזק מתקצר כאשר הספקטרום הופך צר יותר.