Најједноставнији метод за генерисање ласерских импулса је додавање модулатора који је екстерни за континуирани ласер. Ова метода производи импулсе брзе од пикосекунде, што је једноставно, али троши оптичку енергију, а вршна снага не може премашити континуирану оптичку снагу. Због тога је ефикаснији метод генерисања ласерских импулса модулација унутар шупљине, где се енергија складишти у време прекида рафала и ослобађа се у време укључења.
Четири уобичајене технике које се користе за генерисање импулса кроз модулацију унутар ласерске шупљине су пребацивање појачања, К-свитцхинг (прекидање губитка), инверзија шупљине и закључавање мода.
Пребацивање појачања генерише кратке импулсе модулацијом снаге пумпе. На пример, ласери са комутацијом диодног појачања су способни да генеришу импулсе у опсегу од неколико наносекунди до стотину пикосекунди кроз модулацију струје. Иако је енергија импулса ниска, овај метод је веома флексибилан, на пример, пружа подесиву поновну фреквенцију и ширину импулса. Истраживачи са Универзитета у Токију известили су о фемтосекундном полупроводничком ласеру са комутацијом појачања 2018. године, сигнализирајући пробој у 40-годишњем технолошком уском грлу.
Снажне наносекундне импулсе обично генеришу ласери са преклопним К-ом, где се ласер емитује у року од неколико кружних путовања унутар шупљине, са енергијама импулса у распону од неколико милиџула до неколико џула, у зависности од величине система.
Пикосекундни и фемтосекундни импулс умерене енергије (углавном испод 1 μЈ) генеришу се првенствено ласери са закључавањем мода, са једним или више ултракратких импулса присутним у непрекидној петљи унутар ласерске резонантне шупљине, са импулсима унутар шупљине који се емитују један по један кроз излаз спојно огледало, и са поновном фреквенцијом која је генерално у опсегу од 10 МХз до 100 ГХз. Слика испод приказује потпуно нормалну дисперзију (АНДи) дисипативни солитон фемтосекундни фибер ласер сетуп, који се може изградити са великом већином Тхорлабс-ових стандардних компоненти (влакна, сочиво, монтажа и степен померања).
Технике инверзије шупљине могу се користити и за ласере са К-комутацијом за добијање краћих импулса и за ласере са закључаним модом да би се повећала енергија импулса на нижој фреквенцији.
Импулси у временском и фреквентном домену
Линеарни облик импулса током времена је генерално једноставан и може се изразити као Гаусова и сецх² функција. Трајање импулса (такође познато као ширина импулса) се најчешће изражава као вредност полуширине-високе магнитуде (ФВХМ), тј. ширина коју обухвата оптичка снага од најмање половине вршне снаге; кратке наносекундне импулсе производе ласери са преклапањем К, а ултракратке импулсе (УСП) од неколико десетина пикосекунди до фемтосекунди производе ласери са закључавањем мода. Електроника велике брзине може најбрже да мери само неколико десетина пикосекунди, а краћи импулси се могу мерити само уз помоћ чисто оптичких техника као што су аутокорелатори, жабе и пауци.
Ако је облик импулса познат, однос између енергије импулса (Еп), вршне снаге (Пп) и ширине импулса (𝜏п) се израчунава према следећој једначини:
где је фс коефицијент везан за облик импулса, који је приближно {{0}}}.94 за Гаусове импулсе и 0,88 за сецх² импулсе, али је генерално апроксимиран са 1.
Ширина опсега импулса може се изразити у терминима фреквенције, таласне дужине или угаоне фреквенције. Ако је пропусни опсег мали, ширина таласне дужине и фреквенције се конвертују коришћењем следеће једначине, где су λ и ν централна таласна дужина и фреквенција, респективно, а Δλ и Δν су ширина опсега у таласној дужини и фреквенцији, респективно.
Пулс ограничења пропусног опсега
За одређени облик импулса, импулс има најмању спектралну ширину у одсуству цирп-а, што се назива импулсом ограниченим пропусним опсегом или Фоуриер-трансформ-ограниченим импулсом, где је производ времена импулса и ширине фреквенцијског опсега константа, што је назван производом временског пропусног опсега (ТБП). Производ времена импулса и фреквенцијског опсега је константа која се назива производ временског опсега (ТБП). Производ временског опсега Гаусових и сецх² импулса са ограниченим пропусним опсегом је око 0.441 и 0.315, респективно; из овога се може израчунати стварни цимп импулса и кумулативна дисперзија групног кашњења.
Стога, уже ширине импулса захтевају шире Фуријеове спектре. На пример, импулс од 10 фс мора имати пропусни опсег од најмање 30 ТХз, док импулс атосекунде има још већи опсег, а његова централна фреквенција мора бити знатно изнад било које фреквенције видљиве светлости.
Фактори који утичу на ширину пулса
Док се наносекундни или дужи импулси шире са мало или без промене ширине импулса, чак и на великим удаљеностима, на ултракратке импулсе може утицати низ фактора:
Хроматска дисперзија може довести до великог ширења импулса, иако се могу поново компримовати супротном дисперзијом, као што је приказано на дијаграму испод, који илуструје рад Тхорлабс фемтосекундног пулсног компресора за компензацију дисперзије микроскопа.
Нелинеарности генерално не утичу директно на ширину импулса, али могу довести до ширег пропусног опсега и учинити импулс подложнијим дисперзији у ширењу.
Било која врста влакна (укључујући друге медије за појачавање са ограниченим пропусним опсегом) може утицати на пропусни опсег или облик ултракратког импулса, а смањење пропусног опсега може довести до проширења времена; постоје и случајеви када снажно чирпирани импулси имају краће ширине импулса како се спектар сужава.
