Y dull mwyaf syml o gynhyrchu curiadau laser yw ychwanegu modulator y tu allan i'r laser di-dor. Mae'r dull hwn yn cynhyrchu corbys mor gyflym â picoseconds, sy'n syml ond yn gwastraffu ynni optegol, ac ni all y pŵer brig fod yn fwy na'r pŵer optegol parhaus. Felly, dull mwy effeithlon o gynhyrchu corbys laser yw modiwleiddio mewn-ceudod, lle mae'r egni'n cael ei storio ar amser y byrstio a'i ryddhau ar amser.
Y pedair techneg gyffredin a ddefnyddir i gynhyrchu corbys trwy fodiwleiddio o fewn y ceudod laser yw switsio cynnydd, cyfnewid Q (switsio colled), gwrthdroad ceudod, a chloi modd.
Mae newid enillion yn cynhyrchu corbys byr trwy fodiwleiddio pŵer y pwmp. Er enghraifft, mae laserau cynnydd deuod-switsh yn gallu cynhyrchu corbys yn yr ystod o ychydig nanoseconds i gant picoseconds drwy fodiwleiddio cerrynt. Er bod yr egni pwls yn isel, mae'r dull hwn yn hyblyg iawn, er enghraifft, gan ddarparu ail-amlder tiwnadwy a lled pwls. Adroddodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol Tokyo am laser lled-ddargludyddion ennill-switsh femtosecond yn 2018, a oedd yn arwydd o dorri tir newydd mewn tagfa dechnolegol 40-flwyddyn.
Mae corbys nanosecond cryf yn cael eu cynhyrchu fel arfer gan laserau Q-switsh, lle mae'r laser yn cael ei allyrru o fewn ychydig o deithiau crwn y tu mewn i'r ceudod, gydag egni curiad y galon yn yr ystod o ychydig milijoule i ychydig o joules, yn dibynnu ar faint y system.
Mae egni cymedrol (yn gyffredinol o dan 1 μJ) picosecond a chorbys femtosecond yn cael eu cynhyrchu'n bennaf gan laserau wedi'u cloi modd, gydag un neu fwy o guriadau byr iawn yn bresennol mewn dolen barhaus o fewn y ceudod soniarus laser, gyda'r corbys mewn-geufa yn cael eu hallyrru un ar y tro trwy'r allbwn drych cyplu, a chydag ail-amledd sydd yn gyffredinol yn yr ystod o 10 MHz i 100 GHz. Mae'r ffigur isod yn dangos gosodiad laser ffibr soliton ffemtosecond gwasgariad normal (ANDi), y gellir ei adeiladu gyda mwyafrif helaeth o gydrannau safonol Thorlabs (ffibr, lens, mownt, a cham dadleoli).
Gellir defnyddio technegau gwrthdroad ceudod ar gyfer laserau Q-switsh i gael corbys byrrach ac ar gyfer laserau wedi'u cloi modd i gynyddu egni curiad y galon ar amledd is.
Curiadau Parth Amser ac Amlder
Mae siâp llinol pwls dros amser yn gyffredinol yn syml a gellir ei fynegi fel ffwythiant Gaussian a sech². Mae hyd curiad y galon (a elwir hefyd yn lled pwls) yn cael ei fynegi amlaf fel gwerth hanner lled-uchel (FWHM), hy, y lled sy'n cael ei rychwantu gan bŵer optegol o leiaf hanner y pŵer brig; mae corbys nanosecond byr yn cael eu cynhyrchu gan laserau Q-switsh, ac mae corbys ultrashort (USPs) o ychydig ddegau o picoseconds i ffemtoseconds yn cael eu cynhyrchu gan laserau wedi'u cloi modd. Dim ond ychydig ddegau o picoseconds y gall electroneg cyflym eu mesur ar y cyflymaf, a dim ond gyda chymorth technegau cwbl optegol fel awto-gydgysylltwyr, FROGs, a SPIDers y gellir mesur corbys byrrach.
Os yw siâp curiad y galon yn hysbys, cyfrifir y berthynas rhwng egni pwls (Ep), pŵer brig (Pp), a lled curiad y galon (𝜏p) yn ôl yr hafaliad canlynol:
lle mae fs yn gyfernod sy'n gysylltiedig â siâp y curiad, sef tua {{0}}.94 ar gyfer corbys Gaussian a 0.88 ar gyfer corbys sech² ond yn gyffredinol yn cael ei frasamcanu gan 1.
Gellir mynegi lled band y pwls yn nhermau amledd, tonfedd, neu amledd onglog. Os yw'r lled band yn fach, mae'r tonfedd a'r lled band amlder yn cael eu trosi gan ddefnyddio'r hafaliad canlynol, lle mae λ ac ν yn donfedd canol ac amlder, yn y drefn honno, a Δλ a Δν yw'r lled band mewn tonfedd ac amlder, yn y drefn honno.
Pwls Terfyn Lled Band
Ar gyfer siâp pwls penodol, mae gan y pwls y lled sbectrol lleiaf yn absenoldeb chirp, a elwir yn pwls cyfyngedig lled band neu bedwar-trawsnewid-cyfyngedig, lle mae cynnyrch amser pwls a lled band amlder yn gyson, sef a elwir yn gynnyrch lled band amser (TBP). Mae cynnyrch y pwls amser ac amledd lled band yn gysonyn a elwir yn gynnyrch amser-lled band (TBP). Mae cynhyrchion lled band amser y codlysiau Gaussian a sech² cyfyngedig â lled band tua 0.441 a 0.315, yn y drefn honno; O hyn, gellir cyfrifo gwir ddiadell y curiad a'r gwasgariad grŵp-oedi cronnus.
Felly, mae lled pwls culach yn gofyn am sbectra Fourier ehangach. Er enghraifft, rhaid i guriad 10 fs fod â lled band o 30 THz o leiaf, tra bod gan bwls attosecond led band hyd yn oed yn fwy, a rhaid i amlder ei ganol fod ymhell uwchlaw unrhyw amledd golau gweladwy.
Ffactorau sy'n effeithio ar led curiad y galon
Tra bod nanosecond neu gorbys hirach yn lluosogi heb fawr o newid, os o gwbl, yn lled curiad y galon, hyd yn oed dros bellteroedd hir, gall corbys byr iawn gael eu heffeithio gan amrywiaeth o ffactorau:
Gall gwasgariad cromatig arwain at ymlediadau curiad mawr, er y gellir eu hailgywasgu â'r gwasgariad gyferbyn, fel y dangosir yn y diagram isod, sy'n dangos sut mae Cywasgydd Pwls Thorlabs Femtosecond yn gweithio i wneud iawn am wasgariad microsgop.
Yn gyffredinol, nid yw aflinoleddau yn effeithio'n uniongyrchol ar led pwls, ond gallant arwain at led band ehangach a gwneud y pwls yn fwy agored i wasgariad wrth ymlediad.
Gall unrhyw fath o ffibr (gan gynnwys cyfryngau ennill eraill â lled band cyfyngedig) effeithio ar y lled band neu siâp y pwls ultrashort, a gall gostyngiad mewn lled band arwain at ehangu amser; mae yna achosion hefyd lle mae gan gorbys sydd wedi'u rhincian yn gryf led pwls byrrach wrth i'r sbectrwm gulhau.
