Visão geral dos lasers pulsados

Visão geral delasers pulsados

A maneira mais direta de gerarlaserpulsos é adicionar um modulador à parte externa do laser contínuo. Este método pode produzir o pulso de picossegundo mais rápido, embora simples, mas desperdiça energia luminosa e a potência de pico não pode exceder a potência luminosa contínua. Portanto, uma forma mais eficiente de gerar pulsos de laser é modular na cavidade do laser, armazenando energia no tempo desligado do trem de pulsos e liberando-a no tempo ligado. As quatro técnicas comuns usadas para gerar pulsos por meio da modulação de cavidade a laser são comutação de ganho, comutação Q (comutação de perda), esvaziamento de cavidade e bloqueio de modo.

A chave de ganho gera pulsos curtos modulando a potência da bomba. Por exemplo, lasers semicondutores com comutação de ganho podem gerar pulsos de alguns nanossegundos a cem picossegundos por modulação de corrente. Embora a energia do pulso seja baixa, este método é muito flexível, fornecendo frequência de repetição e largura de pulso ajustáveis. Em 2018, pesquisadores da Universidade de Tóquio relataram um laser semicondutor com comutação de ganho de femtossegundos, representando um avanço em um gargalo técnico de 40 anos.

Pulsos fortes de nanossegundos são geralmente gerados por lasers Q-switched, que são emitidos em várias viagens de ida e volta na cavidade, e a energia do pulso está na faixa de vários milijoules a vários joules, dependendo do tamanho do sistema. Pulsos de picossegundos e femtossegundos de energia média (geralmente abaixo de 1 μJ) são gerados principalmente por lasers de modo bloqueado. Existem um ou mais pulsos ultracurtos no ressonador de laser que circulam continuamente. Cada pulso intracavitário transmite um pulso através do espelho de acoplamento de saída, e a frequência está geralmente entre 10 MHz e 100 GHz. A figura abaixo mostra uma dispersão totalmente normal (ANDi) dissipativa soliton femtossegundodispositivo de laser de fibra, a maioria dos quais pode ser construída usando componentes padrão da Thorlabs (fibra, lente, montagem e mesa de deslocamento).

A técnica de esvaziamento cavitário pode ser usada paraLasers Q comutadospara obter pulsos mais curtos e lasers de modo bloqueado para aumentar a energia do pulso com menor frequência.

Pulsos no domínio do tempo e no domínio da frequência
A forma linear do pulso com o tempo é geralmente relativamente simples e pode ser expressa pelas funções Gaussiana e sech². O tempo de pulso (também conhecido como largura de pulso) é mais comumente expresso pelo valor da largura de meia altura (FWHM), ou seja, a largura através da qual a potência óptica é pelo menos metade da potência de pico; O laser Q-switched gera pulsos curtos de nanossegundos através
Lasers de modo bloqueado produzem pulsos ultracurtos (USP) na ordem de dezenas de picossegundos a femtossegundos. A eletrônica de alta velocidade só pode medir até dezenas de picossegundos, e pulsos mais curtos só podem ser medidos com tecnologias puramente ópticas, como autocorreladores, FROG e SPIDER. Embora os pulsos de nanossegundos ou mais longos dificilmente mudem sua largura de pulso à medida que viajam, mesmo em longas distâncias, os pulsos ultracurtos podem ser afetados por uma variedade de fatores:

A dispersão pode resultar em um grande alargamento do pulso, mas pode ser recomprimido com a dispersão oposta. O diagrama a seguir mostra como o compressor de pulso de femtosegundo Thorlabs compensa a dispersão do microscópio.

A não linearidade geralmente não afeta diretamente a largura do pulso, mas amplia a largura de banda, tornando o pulso mais suscetível à dispersão durante a propagação. Qualquer tipo de fibra, incluindo outros meios de ganho com largura de banda limitada, pode afetar o formato da largura de banda ou do pulso ultracurto, e uma diminuição na largura de banda pode levar a um aumento no tempo; Há também casos em que a largura do pulso fortemente chilreado torna-se mais curta quando o espectro se torna mais estreito.