脈沖激光器

脈沖激光器是一種不連續發光的激光器（連續波激光器，也稱為CW激光器），而是以脈沖方式工作， 它在時間有限的部分（脈沖）發光。 根據脈沖的長度，人們稱之為短脈沖或超短脈沖激光器。

雖然來自連續波激光器的光通常具有非常窄的光譜，但脈沖激光器無法做到這一點。 根據傅里葉變換，脈沖的時間級數和頻譜是相關聯的：脈沖越短，其頻率帶寬就越大。

時間和光譜寬度的乘積（ Δ t {\\displaystyle \\Delta t} 和 Δ ν , {\\displaystyle \\Delta \\nu ,} 強度的每個 FWHM）被稱為變換極限并滿足不等式

Δt ? Δν ≥ 常量。

該常數取決于脈沖形狀。 對于高斯脈沖。

這些激光器是 CW 激光器，其運行周期性中斷（因此稱為“準連續波”）。 在發射過程中，這隨著時間的推移是恒定的，并且與泵速有固定的關系，就像 CW 操作中的情況一樣。 然而，由于發射是周期性中斷的，隨時間平均的功率小于峰值功率。 如果光束源連續運行，這將實現峰值性能，使光束源過載。 在這方面，該操作對應于脈沖激光。

由于物理原因，一些激光器類型僅發射激光脈沖或不能像 CW 激光器那樣有效運行。 xxx臺激光器，紅寶石激光器，就是這樣的脈沖激光器。 存儲在粒子數反轉中的能量被脈沖“掃除”的速度快于泵浦源將新能量泵送到上激光能級的速度。 特別是，用閃光燈泵浦的固態激光器只發射脈沖激光。 可以通過控制閃光燈的電源來精確設置能量、持續時間和峰值功率。

此外，許多 CW 激光器可以通過快速打開和關閉泵浦電源以脈沖方式運行。 通過這種方式，二氧化碳激光器可以脈沖超過 1 kHz。 原則上，脈沖也可以通過 CW 激光器和調制器（例如簡單的斬波器）的組合來產生。 然而，這種方法不是很有效，因為大部分激光功率都損失了。 此外，可實現的最小脈沖持續時間受調制器速度的限制。 因此，在實踐中，人們努力爭取整個種群反轉， 脈沖持續時間內激光器的總可用增益。

產生短脈沖和超短脈沖的方法多種多樣，可以實現數 GW 范圍內的峰值功率。

Q 開??關是激光諧振腔內損耗的開關。 在保持高損耗的同時，可以通過光泵浦建立高粒子數反轉。 由于損耗高，激光器在此期間不能振蕩。 在此期間，人口反轉僅通過自發輻射減少，而不會通過受激發射減少。 如果諧振器的質量切換為“好”并且損耗以這種方式減少，則受激發射開始。 這消耗了短時間內積累的粒子數反轉，使光介質中的能量集中在一個短脈沖中。

實施可以通過有源或無源元件來完成。 在主動實施中，Q 開關是“從外部控制的”，例如 B. 通過電光或聲光調制器。 使用可飽和吸收器作為無源元件，Q 開關隨光照而變化。 吸收體逐漸被自發輻射“飽和”，直到其吸收減少到可以開始受激發射的程度。 這導致吸收器進一步飽和，從而諧振器品質因數進一步增加。 因此，受激發射繼續增加，直到人口反轉被消耗。

使用有源 Q 開關，可以生成幾納秒的脈沖持續時間。 被動 Q 開關用于較短的脈沖。

通過鎖模，激光器中存在的縱模是同步的。 由于同相疊加，不同的模式相長干涉，從而形成短脈沖。

與 Q 開關 gi 一樣這里也有主動和被動的方法。 有源方法也是使用聲光調制器。 然而，對于模式鎖定，這不會以在一定時間內完全抑制激光操作的方式調節損耗。 相反，調制器的工作頻率對應于諧振器中脈沖的往返時間。 調制器不必在 0% 和 xxx 傳輸之間切換。 百分之幾的調制就足夠了。 可以使用可飽和吸收器或利用克爾透鏡效應來實施被動方法。

通過模式耦合，可以實現皮秒和飛秒范圍內的脈沖持續時間。 由于值在皮焦耳和納焦耳范圍內，脈沖能量遠低于調Q激光器所能達到的值。 使用可飽和吸收體時可獲得最短脈沖。

無法使用光電二極管進行電子測量，因為光電二極管的速度受限于電子-空穴對的復合時間，該時間通常在納秒范圍內。

最短的可用事件通常是脈沖本身。在自相關器中，可以“自身”測量脈沖，從而可以推導出脈沖持續時間。

另一種可能性是使用 FROG（頻率分辨光選通）。 這允許記錄脈沖的頻譜圖并從中計算電場和相位。

由于它們的高峰值強度，脈沖激光器有多種應用，例如在材料加工和眼科學方面。 在后一種情況下，可以通過有針對性地去除角膜表面來矯正屈光不正。

此外，由于強度高，非線性光學的影響，例如倍頻或克爾效應誘導。

由于極短的脈沖持續時間，可以解析在脈沖持續時間的時間尺度上發生的物理過程。