Übersicht über gepulste Laser

Überblick übergepulste Laser

Der direkteste Weg zur GenerierungLaserPulse besteht darin, einen Modulator an der Außenseite des kontinuierlichen Lasers hinzuzufügen. Diese Methode kann den schnellsten Pikosekundenimpuls erzeugen, obwohl sie einfach ist, aber verschwendete Lichtenergie und Spitzenleistung können die kontinuierliche Lichtleistung nicht überschreiten. Eine effizientere Möglichkeit zur Erzeugung von Laserpulsen besteht daher darin, in der Laserkavität zu modulieren, Energie im Off-Zeitpunkt der Pulsfolge zu speichern und sie im On-Time-Zeitraum wieder abzugeben. Die vier gängigen Techniken zur Erzeugung von Impulsen durch Laserhohlraummodulation sind Verstärkungsumschaltung, Güteschaltung (Verlustumschaltung), Hohlraumentleerung und Modenkopplung.

Der Verstärkungsschalter erzeugt kurze Impulse durch Modulation der Pumpleistung. Beispielsweise können verstärkungsgeschaltete Halbleiterlaser durch Strommodulation Impulse von einigen Nanosekunden bis zu hundert Pikosekunden erzeugen. Obwohl die Pulsenergie niedrig ist, ist diese Methode sehr flexibel und bietet beispielsweise eine einstellbare Wiederholungsfrequenz und Pulsbreite. Im Jahr 2018 berichteten Forscher der Universität Tokio über einen verstärkungsgeschalteten Femtosekunden-Halbleiterlaser, der einen Durchbruch in einem 40 Jahre währenden technischen Engpass darstellte.

Starke Nanosekundenpulse werden im Allgemeinen von gütegeschalteten Lasern erzeugt, die in mehreren Umläufen in der Kavität emittiert werden. Die Pulsenergie liegt je nach Größe des Systems im Bereich von mehreren Millijoule bis mehreren Joule. Pikosekunden- und Femtosekundenpulse mittlerer Energie (im Allgemeinen unter 1 μJ) werden hauptsächlich von modengekoppelten Lasern erzeugt. Im Laserresonator gibt es einen oder mehrere ultrakurze Impulse, die kontinuierlich zyklisch ablaufen. Jeder resonatorinterne Impuls sendet einen Impuls durch den Ausgangskopplungsspiegel, und die Frequenz liegt im Allgemeinen zwischen 10 MHz und 100 GHz. Die folgende Abbildung zeigt eine dissipative Soliton-Femtosekunde mit vollständig normaler Dispersion (ANDi).FaserlasergerätDie meisten davon können mit Thorlabs-Standardkomponenten (Faser, Linse, Halterung und Verschiebungstisch) gebaut werden.

Die Hohlraumentleerungstechnik kann verwendet werden fürGütegeschaltete Laserum kürzere Pulse und modengekoppelte Laser zu erhalten, um die Pulsenergie bei niedrigerer Frequenz zu erhöhen.

Zeitbereichs- und Frequenzbereichsimpulse
Die lineare Form des Impulses mit der Zeit ist im Allgemeinen relativ einfach und kann durch Gaußsche und sech²-Funktionen ausgedrückt werden. Die Pulszeit (auch Pulsbreite genannt) wird am häufigsten durch den Halbwertsbreitenwert (FWHM) ausgedrückt, d. h. die Breite, über die die optische Leistung mindestens die Hälfte der Spitzenleistung beträgt; Ein gütegeschalteter Laser erzeugt durch Nanosekunden kurze Impulse
Modengekoppelte Laser erzeugen ultrakurze Pulse (USP) in der Größenordnung von mehreren zehn Pikosekunden bis Femtosekunden. Hochgeschwindigkeitselektronik kann nur bis zu mehreren zehn Pikosekunden messen, und kürzere Impulse können nur mit rein optischen Technologien wie Autokorrelatoren, FROG und SPIDER gemessen werden. Während Nanosekunden- oder längere Impulse ihre Impulsbreite selbst über weite Strecken kaum ändern, können ultrakurze Impulse durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden:

Die Dispersion kann zu einer großen Impulsverbreiterung führen, kann jedoch mit der entgegengesetzten Dispersion wieder komprimiert werden. Das folgende Diagramm zeigt, wie der Femtosekunden-Pulskompressor von Thorlabs die Mikroskopdispersion kompensiert.

Nichtlinearität wirkt sich im Allgemeinen nicht direkt auf die Impulsbreite aus, aber sie vergrößert die Bandbreite, wodurch der Impuls während der Ausbreitung anfälliger für Streuung wird. Jede Art von Faser, einschließlich anderer Verstärkungsmedien mit begrenzter Bandbreite, kann die Form der Bandbreite oder des ultrakurzen Impulses beeinflussen, und eine Verringerung der Bandbreite kann zu einer Zeitverlängerung führen; Es gibt auch Fälle, in denen die Pulsbreite des stark gechirpten Pulses kürzer wird, wenn das Spektrum schmaler wird.