Panoramica dilaser pulsati
Il modo più diretto per generarelaserimpulsi consiste nell'aggiungere un modulatore all'esterno del laser continuo. Questo metodo, sebbene semplice, può produrre l'impulso al picosecondo più veloce, ma spreca energia luminosa e la potenza di picco non può superare la potenza della luce continua. Pertanto, un modo più efficiente per generare impulsi laser è modulare nella cavità laser, immagazzinando energia al momento di spegnimento del treno di impulsi e rilasciandola al momento di accensione. Le quattro tecniche comuni utilizzate per generare impulsi tramite modulazione della cavità laser sono la commutazione del guadagno, il Q-switching (commutazione delle perdite), lo svuotamento della cavità e il mode-locking.
L'interruttore di guadagno genera impulsi brevi modulando la potenza di pompaggio. Ad esempio, i laser a semiconduttore con guadagno commutato possono generare impulsi da pochi nanosecondi a centinaia di picosecondi mediante modulazione di corrente. Sebbene l'energia dell'impulso sia bassa, questo metodo è molto flessibile, ad esempio consentendo di regolare la frequenza di ripetizione e la durata dell'impulso. Nel 2018, i ricercatori dell'Università di Tokyo hanno presentato un laser a semiconduttore con guadagno commutato a femtosecondi, che rappresenta una svolta in un collo di bottiglia tecnico durato 40 anni.
Impulsi di nanosecondi di elevata intensità sono generalmente generati da laser Q-switched, che vengono emessi in diversi giri di andata e ritorno nella cavità, e l'energia dell'impulso è compresa tra diversi millijoule e diversi joule, a seconda delle dimensioni del sistema. Impulsi di picosecondi e femtosecondi di media energia (generalmente inferiori a 1 μJ) sono generati principalmente da laser mode-locked. Nel risonatore laser sono presenti uno o più impulsi ultracorti che ciclano continuamente. Ogni impulso intracavità trasmette un impulso attraverso lo specchio di accoppiamento di uscita, e la frequenza di riferimento è generalmente compresa tra 10 MHz e 100 GHz. La figura seguente mostra un solitone dissipativo a femtosecondi a dispersione completamente normale (ANDi).dispositivo laser a fibra, la maggior parte dei quali può essere costruita utilizzando componenti standard Thorlabs (fibra, lente, montaggio e tavolo di spostamento).
La tecnica di svuotamento della cavità può essere utilizzata perLaser Q-switchedper ottenere impulsi più brevi e laser mode-locked per aumentare l'energia dell'impulso con una minore frequenza.
Impulsi nel dominio del tempo e della frequenza
La forma lineare dell'impulso nel tempo è generalmente relativamente semplice e può essere espressa dalle funzioni gaussiana e sech². Il tempo dell'impulso (noto anche come larghezza dell'impulso) è più comunemente espresso dal valore di larghezza a metà altezza (FWHM), ovvero la larghezza lungo la quale la potenza ottica è almeno la metà della potenza di picco; il laser Q-switched genera impulsi brevi dell'ordine dei nanosecondi attraverso
I laser mode-locked producono impulsi ultrabrevi (USP) nell'ordine di decine di picosecondi o femtosecondi. L'elettronica ad alta velocità può misurare solo fino a decine di picosecondi, e impulsi più brevi possono essere misurati solo con tecnologie puramente ottiche come autocorrelatori, FROG e SPIDER. Mentre gli impulsi di durata nanoseconda o superiore non modificano praticamente la loro ampiezza durante il percorso, anche su lunghe distanze, gli impulsi ultrabrevi possono essere influenzati da una varietà di fattori:
La dispersione può comportare un ampio allargamento dell'impulso, ma può essere ricompressa con la dispersione opposta. Il diagramma seguente mostra come il compressore d'impulsi a femtosecondi Thorlabs compensa la dispersione del microscopio.
La non linearità generalmente non influisce direttamente sulla larghezza di banda dell'impulso, ma ne amplia la larghezza di banda, rendendo l'impulso più suscettibile alla dispersione durante la propagazione. Qualsiasi tipo di fibra, inclusi altri mezzi di guadagno con larghezza di banda limitata, può influenzare la forma della larghezza di banda o dell'impulso ultrabreve, e una diminuzione della larghezza di banda può portare a un allargamento temporale; ci sono anche casi in cui la larghezza di banda dell'impulso fortemente chirpato si accorcia quando lo spettro si restringe.
Data di pubblicazione: 05-02-2024