パルスレーザーの概要

概要パルスレーザー

最も直接的な生成方法は、レーザパルスとは、連続レーザーの外側に変調器を追加することです。この方法は、シンプルではありますが、最速のピコ秒パルスを生成できますが、無駄な光エネルギーとピークパワーが連続光パワー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内で変調し、パルス列のオフタイムにエネルギーを蓄積し、オンタイムにエネルギーを放出することです。レーザーキャビティ変調によるパルスの生成に使用される 4 つの一般的な技術は、ゲインスイッチング、Q スイッチング (損失スイッチング)、キャビティ空化、およびモードロックです。

ゲイン スイッチは、ポンプ パワーを変調することによって短いパルスを生成します。たとえば、半導体利得スイッチレーザーは、電流変調によって数ナノ秒から100ピコ秒の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周波数とパルス幅を提供するなど、非常に柔軟です。 2018年、東京大学の研究者らは、40年にわたる技術的ボトルネックの突破口となるフェムト秒利得スイッチ半導体レーザーを報告した。

強力なナノ秒パルスは通常、Q スイッチ レーザーによって生成され、共振器内で数回往復して放射され、そのパルス エネルギーはシステムのサイズに応じて数ミリジュールから数ジュールの範囲になります。中エネルギー (通常 1 μJ 未満) のピコ秒およびフェムト秒パルスは、主にモードロック レーザーによって生成されます。レーザー共振器内には、連続的に周期する 1 つ以上の超短パルスがあります。各キャビティ内パルスは出力結合ミラーを介してパルスを送信し、周波数は通常 10 MHz ～ 100 GHz です。以下の図は、完全正規分散 (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装置そのほとんどは当社の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。

キャビティを空にする技術は次の目的で使用できます。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、より低い周波数でパルスエネルギーを増加させます。

時間領域および周波数領域のパルス
時間に伴うパルスの線形形状は一般に比較的単純で、ガウス関数と sech² 関数で表現できます。パルス時間 (パルス幅とも呼ばれる) は、最も一般的には半値幅 (FWHM) 値、つまり光パワーがピーク パワーの少なくとも半分である幅で表されます。 Qスイッチレーザーはナノ秒の短パルスを生成します。
モードロックレーザーは、数十ピコ秒からフェムト秒程度の超短パルス (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までしか測定できず、より短いパルスは自己相関器、FROG、SPIDER などの純粋な光学技術でのみ測定できます。ナノ秒以上のパルスは長距離であっても伝播中にパルス幅がほとんど変化しませんが、超短パルスはさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。

分散によりパルスの広がりが大きくなる可能性がありますが、逆の分散を使用して再圧縮することができます。次の図は、当社のフェムト秒パルス圧縮器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。

一般に、非線形性はパルス幅に直接影響しませんが、帯域幅が広がるため、パルスが伝播中に分散しやすくなります。帯域幅が制限された他の利得媒体を含むあらゆるタイプのファイバーは、帯域幅または超短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、強いチャープパルスのパルス幅が短くなる場合もあります。