パルスレーザーの概要

の概要パルスレーザー

生成する最も直接的な方法レーザパルスは、連続レーザーの外側にモジュレーターを追加することです。この方法では、最も速いピコ秒パルスを生成できますが、単純ですが、無駄な光エネルギーとピーク電力は連続した光電力を超えることはできません。したがって、レーザーパルスを生成するより効率的な方法は、レーザーキャビティで変調し、パルストレインのオフタイムにエネルギーを保存し、時間通りに放出することです。レーザーキャビティ変調を介してパルスを生成するために使用される4つの一般的な手法は、ゲインスイッチング、Qスイッチング（損失スイッチング）、キャビティの空になって、モードロックです。

ゲインスイッチは、ポンプ電源を変調することにより、短いパルスを生成します。たとえば、半導体ゲインスイッチレーザーは、現在の変調により数ナノ秒から100ピコ秒までパルスを生成できます。パルスエネルギーは低いですが、この方法は、調整可能な繰り返し頻度とパルス幅を提供するなど、非常に柔軟です。 2018年、東京大学の研究者は、40年の技術ボトルネックのブレークスルーを表すフェムト秒ゲインスイッチの半導体レーザーを報告しました。

強力なナノ秒パルスは、一般にQスイッチレーザーによって生成されます。これは、空洞での数回の往復で放出され、パルスエネルギーは、システムのサイズに応じて、いくつかのジュールからいくつかのミリジョールの範囲にあります。中程度のエネルギー（一般に1μJ未満）ピコ秒およびフェムト秒パルスは、主にモードロックされたレーザーによって生成されます。レーザー共振器には、継続的にサイクリングするレーザー共振器には、1つ以上の超破産パルスがあります。各能力内パルスは、出力カップリングミラーを介してパルスを伝達し、リフレクシーは一般に10 MHz〜100 GHzの間です。下の図は、完全に正常な分散（andi）散逸ソリトンフェムト秒を示していますファイバーレーザーデバイス、そのほとんどは、Thorlabs標準コンポーネント（ファイバー、レンズ、マウント、変位テーブル）を使用して構築できます。

キャビティ空にする技術を使用できますQスイッチレーザーより短いパルスとモードロックレーザーを取得して、より低いリフケンシーでパルスエネルギーを増加させます。

時間ドメインと周波数ドメインパルス
時間とともにパルスの線形形状は一般に比較的単純であり、ガウスおよびSech²の関数で表現できます。パルス時間（パルス幅とも呼ばれます）は、最も一般的には、ハーフハイト幅（FWHM）値、つまり光電力が少なくともピーク電力の半分である幅で最も一般的に表されます。 Qスイッチレーザーは、ナノ秒の短いパルスを生成します
モードロックされたレーザーは、数十ピコ秒からフェムト秒の順に、ウルトラショートパルス（USP）を生成します。高速エレクトロニクスは最大数十ピコ秒しか測定できず、より短いパルスは、自動相関者、カエル、クモなどの純粋な光学技術でのみ測定できます。ナノ秒または長いパルスは、長距離であっても、走行中にパルス幅をほとんど変えませんが、超短いパルスはさまざまな要因によって影響を受ける可能性があります。

分散は大きなパルスの拡大をもたらす可能性がありますが、反対の分散で再圧縮される可能性があります。次の図は、Thorlabsフェムト秒パルスコンプレッサーが顕微鏡の分散をどのように補正するかを示しています。

非線形性は一般にパルス幅に直接影響しませんが、帯域幅を拡大し、伝播中にパルスが分散しやすくなります。帯域幅が限られている他のゲインメディアを含むあらゆるタイプの繊維は、帯域幅または超短いパルスの形状に影響を与える可能性があり、帯域幅の減少は時間の拡大につながる可能性があります。また、スペクトルが狭くなると強くチャープパルスのパルス幅が短くなる場合もあります。