Panoramica dei laser pulsati

Panoramica dilaser pulsati

Il modo più diretto per generarelaserimpulsi consiste nell'aggiungere un modulatore all'esterno del laser continuo. Questo metodo può produrre l'impulso di picosecondi più veloce, sebbene semplice, ma spreca energia luminosa e la potenza di picco non può superare la potenza luminosa continua. Pertanto, un modo più efficiente per generare impulsi laser è modulare nella cavità laser, immagazzinando energia durante il periodo di inattività del treno di impulsi e rilasciandola durante l'attivazione. Le quattro tecniche comuni utilizzate per generare impulsi attraverso la modulazione della cavità laser sono la commutazione del guadagno, la commutazione Q (commutazione delle perdite), lo svuotamento della cavità e il blocco della modalità.

L'interruttore del guadagno genera brevi impulsi modulando la potenza della pompa. Ad esempio, i laser a guadagno commutato a semiconduttore possono generare impulsi da pochi nanosecondi a cento picosecondi mediante modulazione di corrente. Sebbene l'energia dell'impulso sia bassa, questo metodo è molto flessibile, poiché fornisce una frequenza di ripetizione e un'ampiezza dell'impulso regolabili. Nel 2018, i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno segnalato un laser a semiconduttore con guadagno al femtosecondo, che rappresenta una svolta in un collo di bottiglia tecnico di 40 anni.

Forti impulsi di nanosecondi sono generalmente generati da laser Q-switched, che vengono emessi in diversi viaggi di andata e ritorno nella cavità, e l'energia dell'impulso è nell'intervallo da diversi millijoule a diversi joule, a seconda delle dimensioni del sistema. Gli impulsi di picosecondi e femtosecondi di media energia (generalmente inferiore a 1 μJ) sono generati principalmente da laser con modalità bloccata. Nel risonatore laser sono presenti uno o più impulsi ultracorti che si ripetono in ciclo continuo. Ogni impulso intracavità trasmette un impulso attraverso lo specchio di accoppiamento di uscita e la frequenza è generalmente compresa tra 10 MHz e 100 GHz. La figura seguente mostra un femtosecondo solitonico dissipativo a dispersione completamente normale (ANDi).dispositivo laser a fibra, la maggior parte dei quali può essere costruita utilizzando componenti standard Thorlabs (fibra, lente, supporto e tavola di spostamento).

Può essere utilizzata la tecnica di svuotamento della cavitàLaser Q-switchedper ottenere impulsi più brevi e laser con modalità bloccata per aumentare l'energia dell'impulso con una frequenza inferiore.

Impulsi nel dominio del tempo e della frequenza
La forma lineare dell'impulso nel tempo è generalmente relativamente semplice e può essere espressa mediante funzioni gaussiane e sech². La durata dell'impulso (nota anche come larghezza dell'impulso) è più comunemente espressa dal valore della larghezza di mezza altezza (FWHM), ovvero la larghezza attraverso la quale la potenza ottica è almeno la metà della potenza di picco; Il laser Q-switched genera brevi impulsi nell'ordine dei nanosecondi
I laser con modalità bloccata producono impulsi ultracorti (USP) nell'ordine da decine di picosecondi a femtosecondi. L'elettronica ad alta velocità può misurare solo fino a decine di picosecondi, mentre gli impulsi più brevi possono essere misurati solo con tecnologie puramente ottiche come gli autocorrelatori, FROG e SPIDER. Mentre gli impulsi nell'ordine dei nanosecondi o più lunghi difficilmente cambiano la loro larghezza di impulso mentre viaggiano, anche su lunghe distanze, gli impulsi ultracorti possono essere influenzati da una varietà di fattori:

La dispersione può provocare un ampio ampliamento dell'impulso, ma può essere ricompressa con la dispersione opposta. Il diagramma seguente mostra come il compressore di impulsi a femtosecondi Thorlabs compensa la dispersione del microscopio.

La non linearità generalmente non influisce direttamente sull'ampiezza dell'impulso, ma ne amplia la larghezza di banda, rendendo l'impulso più suscettibile alla dispersione durante la propagazione. Qualsiasi tipo di fibra, compresi altri mezzi di guadagno con larghezza di banda limitata, può influenzare la forma della larghezza di banda o l'impulso ultracorto, e una diminuzione della larghezza di banda può portare ad un ampliamento nel tempo; Ci sono anche casi in cui l'ampiezza dell'impulso fortemente modulato si riduce quando lo spettro si restringe.