Lazer impulslarini yaratishning eng oddiy usuli doimiy lazerga tashqi modulyatorni qo'shishdir. Bu usul pulslarni pikosekundlar kabi tez ishlab chiqaradi, bu oddiy, lekin optik energiyani behuda sarflaydi va eng yuqori quvvat doimiy optik quvvatdan oshmasligi kerak. Shuning uchun lazer impulslarini yaratishning yanada samarali usuli bu bo'shliq ichidagi modulyatsiya bo'lib, bu erda energiya portlash vaqtida saqlanadi va o'z vaqtida chiqariladi.
Lazer bo'shlig'ida modulyatsiya orqali impulslarni yaratish uchun ishlatiladigan to'rtta keng tarqalgan usul - bu daromadni almashtirish, Q-switching (yo'qotishlarni almashtirish), kavitani inversiyalash va rejimni blokirovka qilish.
Daromadni almashtirish nasos quvvatini modulyatsiya qilish orqali qisqa impulslarni hosil qiladi. Misol uchun, diodli daromadli lazerlar joriy modulyatsiya orqali bir necha nanosekunddan yuz pikosekundgacha bo'lgan diapazonda impulslarni yaratishga qodir. Darbeli energiya past bo'lsa-da, bu usul juda moslashuvchan, masalan, sozlanishi qayta chastotani va zarba kengligini ta'minlaydi. Tokio universiteti tadqiqotchilari 2018-yilda yarimo‘tkazgichli lazerning femtosekundlik kuchayishi haqida xabar berishdi, bu 40-yillik texnologik darboğazda yutuq bo‘lganidan dalolat beradi.
Kuchli nanosoniyali impulslar odatda Q-switchli lazerlar tomonidan ishlab chiqariladi, bu erda lazer bo'shliq ichida bir necha aylanish davomida chiqariladi, puls energiyalari tizimning o'lchamiga qarab bir necha millijouldan bir necha joulgacha bo'ladi.
O'rtacha energiya (odatda 1 mJ dan past) pikosoniya va femtosekundlik impulslar asosan rejim blokirovkasi lazerlar tomonidan ishlab chiqariladi, bir yoki bir nechta ultraqisqa impulslar lazer rezonans bo'shlig'ida uzluksiz tsiklda mavjud bo'lib, bo'shliq ichidagi impulslar bir vaqtning o'zida chiqish orqali chiqariladi. ulash oynasi va odatda 10 MGts dan 100 GGts oralig'ida bo'lgan qayta chastota bilan. Quyidagi rasmda Thorlabs standart komponentlarining katta qismi (tola, ob'ektiv, o'rnatish va o'zgartirish bosqichi) bilan qurilishi mumkin bo'lgan butunlay normal dispersiyali (ANDi) dissipativ soliton femtosekundli tolali lazer sozlamalari ko'rsatilgan.
Bo'shliqni inversiyalash usullari qisqaroq impulslarni olish uchun Q-switchli lazerlar uchun ham, impuls energiyasini pastroq chastotada oshirish uchun rejim qulflangan lazerlar uchun ham qo'llanilishi mumkin.
Vaqt va chastota domen impulslari
Vaqt o'tishi bilan pulsning chiziqli shakli odatda oddiy va Gauss va sech² funktsiyasi sifatida ifodalanishi mumkin. Pulsning davomiyligi (impuls kengligi deb ham ataladi) ko'pincha yarim kenglik-yuqori kattalik (FWHM) qiymati sifatida ifodalanadi, ya'ni optik quvvatning kamida yarmi tepalik quvvati bilan qoplangan kenglik; qisqa nanosekundli impulslar Q-switchli lazerlar tomonidan ishlab chiqariladi va bir necha o'nlab pikosekunddan femtosekundgacha bo'lgan ultraqisqa impulslar (USP) rejim qulflangan lazerlar tomonidan ishlab chiqariladi. Yuqori tezlikdagi elektronika faqat bir necha o'nlab pikosoniyalarni eng tez o'lchashi mumkin va qisqaroq impulslarni faqat avtokorrelyatorlar, FROGlar va SPIDERlar kabi sof optik usullar yordamida o'lchash mumkin.
Agar zarba shakli ma'lum bo'lsa, impuls energiyasi (Ep), eng yuqori quvvat (Pp) va impuls kengligi (𝜏p) o'rtasidagi bog'liqlik quyidagi tenglama bo'yicha hisoblanadi:
Bu erda fs impuls shakliga bog'liq bo'lgan koeffitsient bo'lib, u Gauss impulslari uchun taxminan {0}},94 va sech² impulslari uchun 0,88, lekin odatda 1 ga yaqinlashadi.
Pulsning tarmoqli kengligi chastota, to'lqin uzunligi yoki burchak chastotasi bilan ifodalanishi mumkin. Agar tarmoqli kengligi kichik bo'lsa, to'lqin uzunligi va chastota diapazoni quyidagi tenglama yordamida o'zgartiriladi, bu erda l va n mos ravishda markaziy to'lqin uzunligi va chastotasi va Dl va Dn mos ravishda to'lqin uzunligi va chastotadagi tarmoqli kengligidir.
Tarmoqli kengligi chegarasi puls
Muayyan impuls shakli uchun impuls chirp bo'lmaganda eng kichik spektral kenglikka ega bo'lib, u tarmoqli kengligi cheklangan yoki Furye-transformatsiyasi bilan cheklangan impuls deb ataladi, bu erda impuls vaqti va chastota o'tkazuvchanligi mahsuloti doimiy bo'ladi. vaqt o'tkazuvchanligi mahsuloti (TBP) deb ataladi. Impuls vaqti va chastota tarmoqli kengligi mahsuloti vaqt o'tkazuvchanligi mahsuloti (TBP) deb ataladigan doimiydir. O'tkazish qobiliyati cheklangan Gauss va sech² impulslarining vaqt o'tkazuvchanlik mahsuloti mos ravishda taxminan 0.441 va 0.315; impulsning haqiqiy chiyillashi va kumulyativ guruh-kechikish dispersiyasi shundan hisoblanishi mumkin.
Shuning uchun torroq impulslar kengroq Furye spektrlarini talab qiladi. Misol uchun, 10 fs impuls kamida 30 TGs tartibli tarmoqli kengligiga ega bo'lishi kerak, attosekundli impuls esa undan ham kattaroq tarmoqli kengligiga ega va uning markaziy chastotasi har qanday ko'rinadigan yorug'lik chastotasidan ancha yuqori bo'lishi kerak.
Impuls kengligiga ta'sir qiluvchi omillar
Nanosoniyali yoki uzoqroq impulslar impuls kengligida kam yoki umuman o'zgarmagan holda tarqalsa-da, hatto uzoq masofalarda ham, ultraqisqa impulslarga turli omillar ta'sir qilishi mumkin:
Xromatik dispersiya katta impuls tarqalishiga olib kelishi mumkin, garchi ular mikroskop dispersiyasini kompensatsiya qilish uchun Thorlabs Femtosecond Pulse Compressor ishini ko'rsatadigan quyidagi diagrammada ko'rsatilganidek, qarama-qarshi dispersiya bilan qayta siqilishi mumkin.
Nonlineerliklar odatda impuls kengligiga bevosita ta'sir qilmaydi, lekin ular kengroq tarmoqli kengligiga olib kelishi va impulsni tarqalishda tarqalishiga ko'proq moyil bo'lishi mumkin.
Har qanday turdagi tolalar (shu jumladan cheklangan tarmoqli kengligi bo'lgan boshqa daromad vositalari) o'tkazish qobiliyatiga yoki ultra qisqa pulsning shakliga ta'sir qilishi mumkin va tarmoqli kengligining qisqarishi vaqtni kengaytirishga olib kelishi mumkin; spektrning torayishi natijasida kuchli chiyillashli impulslar qisqaroq impuls kengliklariga ega bo'lgan holatlar ham mavjud.
