펄스 레이저 개요

개요펄스 레이저

가장 직접적인 생성 방법원자 램프레이저 펄스를 생성하는 한 가지 방법은 연속 레이저 외부에 변조기를 추가하는 것입니다. 이 방법은 간단하지만 가장 빠른 피코초 펄스를 생성할 수 있으며, 광 에너지를 낭비하고 최대 출력이 연속 레이저 출력보다 높을 수 없습니다. 따라서 레이저 펄스를 생성하는 보다 효율적인 방법은 레이저 공진기 내에서 변조하여 펄스 열의 오프 타임에 에너지를 저장하고 온 타임에 방출하는 것입니다. 레이저 공진기 변조를 통해 펄스를 생성하는 데 사용되는 네 가지 일반적인 기술은 게인 스위칭, Q 스위칭(손실 스위칭), 공진기 비움 및 모드 잠금입니다.

게인 스위치는 펌프 전력을 변조하여 짧은 펄스를 생성합니다. 예를 들어, 반도체 게인 스위칭 레이저는 전류 변조를 통해 수 나노초에서 수백 피코초에 이르는 펄스를 생성할 수 있습니다. 펄스 에너지는 낮지만, 이 방식은 반복 주파수와 펄스 폭을 조절할 수 있는 등 매우 유연합니다. 2018년 도쿄대학교 연구진은 펨토초 게인 스위칭 반도체 레이저를 개발하여 40년간의 기술적 난관을 극복하는 획기적인 성과를 거두었습니다.

강력한 나노초 펄스는 일반적으로 Q-스위치 레이저에서 생성되며, 이 레이저는 공진기 내에서 여러 번 왕복하면서 펄스를 방출합니다. 펄스 에너지는 시스템 크기에 따라 수 밀리줄에서 수 줄 범위입니다. 중간 에너지(일반적으로 1 μJ 미만)의 피코초 및 펨토초 펄스는 주로 모드 고정 레이저에서 생성됩니다. 레이저 공진기에는 하나 이상의 초단펄스가 연속적으로 순환합니다. 각 공진기 내 펄스는 출력 결합 거울을 통해 펄스를 전달하며, 재주파수는 일반적으로 10 MHz에서 100 GHz 사이입니다. 아래 그림은 완전 정상 분산(ANDi) 소산 솔리톤 펨토초 펄스를 보여줍니다.파이버 레이저 장치이러한 제품들은 대부분 Thorlabs의 표준 부품(광섬유, 렌즈, 마운트 및 변위 테이블)을 사용하여 제작할 수 있습니다.

충치 제거술은 다음과 같은 경우에 사용할 수 있습니다.Q-스위치 레이저펄스 폭을 줄이고 모드 고정 레이저를 사용하여 낮은 재주파수로 펄스 에너지를 증가시킵니다.

시간 영역 및 주파수 영역 펄스
시간에 따른 펄스의 선형적인 형태는 일반적으로 비교적 단순하며 가우스 함수와 sech² 함수로 표현할 수 있습니다. 펄스 시간(펄스 폭이라고도 함)은 일반적으로 반치폭(FWHM) 값으로 표현되는데, 이는 광 출력이 피크 출력의 절반 이상인 구간의 폭을 의미합니다. Q-스위치 레이저는 나노초 단위의 짧은 펄스를 생성합니다.
모드 고정 레이저는 수십 피코초에서 펨토초에 이르는 초단펄스(USP)를 생성합니다. 고속 전자 장치는 수십 피코초까지만 측정할 수 있으며, 이보다 짧은 펄스는 자기상관기, FROG, SPIDER와 같은 순수 광학 기술로만 측정할 수 있습니다. 나노초 또는 그 이상의 펄스는 장거리를 이동하더라도 펄스 폭이 거의 변하지 않지만, 초단펄스는 다양한 요인의 영향을 받을 수 있습니다.

분산은 펄스 폭을 크게 넓힐 수 있지만, 반대 방향의 분산을 이용하면 다시 압축할 수 있습니다. 다음 그림은 Thorlabs 펨토초 펄스 압축기가 현미경 분산을 보정하는 방법을 보여줍니다.

일반적으로 비선형성은 펄스 폭에 직접적인 영향을 미치지는 않지만 대역폭을 넓혀 전파 중 분산에 더 취약하게 만듭니다. 대역폭이 제한된 다른 이득 매체를 포함한 모든 유형의 광섬유는 대역폭 또는 초단펄스의 모양에 영향을 줄 수 있으며, 대역폭 감소는 시간 폭 확대로 이어질 수 있습니다. 또한 스펙트럼이 좁아질 때 강하게 처프된 펄스의 펄스 폭이 짧아지는 경우도 있습니다.