펄스 레이저 개요

개요펄스 레이저

생성하는 가장 직접적인 방법원자 램프펄스는 연속 레이저 외부에 변조기를 추가하는 것입니다. 이 방법은 간단하지만 가장 빠른 피코초 펄스를 생성할 수 있지만 낭비되는 빛 에너지와 피크 전력은 연속 빛 전력을 초과할 수 없습니다. 따라서 레이저 펄스를 생성하는 보다 효율적인 방법은 레이저 공동에서 변조하여 펄스열의 오프 타임에 에너지를 저장하고 온 타임에 방출하는 것입니다. 레이저 공동 변조를 통해 펄스를 생성하는 데 사용되는 네 가지 일반적인 기술은 이득 전환, Q-스위칭(손실 전환), 공동 비우기 및 모드 잠금입니다.

게인 스위치는 펌프 전력을 변조하여 짧은 펄스를 생성합니다. 예를 들어, 반도체 이득 전환 레이저는 전류 변조를 통해 몇 나노초에서 100피코초까지의 펄스를 생성할 수 있습니다. 펄스 에너지는 낮지만 이 방법은 조정 가능한 반복 주파수 및 펄스 폭을 제공하는 등 매우 유연합니다. 2018년에 도쿄 대학의 연구원들은 40년간의 기술 병목 현상을 돌파한 펨토초 이득 전환 반도체 레이저를 보고했습니다.

강한 나노초 펄스는 일반적으로 공동 내에서 여러 왕복으로 방출되는 Q 스위치 레이저에 의해 생성되며, 펄스 에너지는 시스템 크기에 따라 수 밀리줄에서 수 줄 범위에 있습니다. 중간 에너지(일반적으로 1μJ 미만) 피코초 및 펨토초 펄스는 주로 모드 잠금 레이저에 의해 생성됩니다. 레이저 공진기에는 지속적으로 순환하는 하나 이상의 초단 펄스가 있습니다. 각 공동 내 펄스는 출력 커플링 미러를 통해 펄스를 전송하며, 재주파수는 일반적으로 10MHz에서 100GHz 사이입니다. 아래 그림은 완전 정규 분산(ANDi) 소산 솔리톤 펨토초를 보여줍니다.섬유 레이저 장치, 대부분 Thorlabs 표준 구성 요소(섬유, 렌즈, 마운트 및 변위 테이블)를 사용하여 제작할 수 있습니다.

캐비티 비우기 기술은 다음 용도로 사용될 수 있습니다.Q 스위치 레이저더 짧은 펄스와 모드 잠금 레이저를 얻어 더 낮은 주파수로 펄스 에너지를 증가시킵니다.

시간 영역 및 주파수 영역 펄스
시간에 따른 펄스의 선형 형태는 일반적으로 상대적으로 단순하며 Gaussian 및 sech² 함수로 표현될 수 있습니다. 펄스 시간(펄스 폭이라고도 함)은 가장 일반적으로 반 높이 폭(FWHM) 값, 즉 광 전력이 피크 전력의 절반 이상인 폭으로 표현됩니다. Q 스위치 레이저는 다음을 통해 나노초의 짧은 펄스를 생성합니다.
모드 고정 레이저는 수십 피코초에서 펨토초 정도의 초단 펄스(USP)를 생성합니다. 고속 전자 장치는 최대 수십 피코초까지만 측정할 수 있으며 더 짧은 펄스는 자동 상관기, FROG 및 SPIDER와 같은 순수 광학 기술로만 측정할 수 있습니다. 나노초 이상의 펄스는 이동하면서 펄스 폭을 거의 변경하지 않지만, 장거리에서도 초단 펄스는 다양한 요인의 영향을 받을 수 있습니다.

분산으로 인해 펄스가 크게 확장될 수 있지만 반대 분산으로 다시 압축될 수 있습니다. 다음 다이어그램은 Thorlabs 펨토초 펄스 압축기가 현미경 분산을 어떻게 보상하는지 보여줍니다.

비선형성은 일반적으로 펄스 폭에 직접적인 영향을 미치지 않지만 대역폭을 넓혀 펄스가 전파 중 분산에 더 취약해집니다. 대역폭이 제한된 기타 이득 매체를 포함한 모든 유형의 광섬유는 대역폭 또는 초단 펄스의 모양에 영향을 미칠 수 있으며 대역폭이 감소하면 시간이 넓어질 수 있습니다. 스펙트럼이 좁아지면 강하게 처프되는 펄스의 펄스 폭이 짧아지는 경우도 있습니다.