Блокировка модели линзы Керра
![]() | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Синхронизация мод линзы Керра ( KLM ) — это метод синхронизации мод лазеров посредством нелинейного оптического эффекта Керра . Этот метод позволяет генерировать импульсы света длительностью всего несколько фемтосекунд .
Оптический эффект Керра — это процесс, возникающий в результате нелинейного отклика оптической среды на электрическое поле электромагнитной волны . Показатель преломления среды зависит от напряженности поля. [ 1 ]


Из-за неравномерного распределения плотности мощности в гауссовом луче (как в лазерных резонаторах) показатель преломления изменяется по профилю луча; показатель преломления луча больше в центре луча, чем на его краях. Таким образом, стержень активной среды Керра действует как линза для света высокой интенсивности. Это называется самофокусировкой и в крайних случаях приводит к материальному разрушению. Тогда в резонаторе лазера короткие вспышки света будут фокусироваться иначе, чем непрерывные волны.
Чтобы отдать предпочтение импульсному режиму перед непрерывным, резонатор можно сделать нестабильным для работы в непрерывном режиме , но чаще всего низкая стабильность является побочным продуктом конструкции резонатора, в которой упор делается на эффекты апертуры. В более старых конструкциях использовалась жесткая апертура, которая просто отсекается, тогда как в современных конструкциях используется мягкая апертура, что означает перекрытие между накачиваемой областью усиливающей среды и импульсом. Хотя влияние линзы на свободный лазерный луч совершенно очевидно, внутри резонатора весь луч пытается адаптироваться к этому изменению. Стандартный резонатор с плоскими зеркалами и тепловой линзой в кристалле лазера имеет наименьшую ширину луча на торцевых зеркалах. С дополнительной линзой Керра ширина торцевого зеркала становится еще меньше. Поэтому маленькие торцевые зеркала (жесткая апертура) предпочитают импульсы. В генераторах Ti:Sapphire вокруг кристалла вставлены телескопы для увеличения интенсивности.
В качестве мягкой апертуры рассмотрим бесконечный лазерный кристалл с тепловой линзой. Лазерный луч направляется как в стекловолокне. При использовании дополнительной линзы Керра ширина луча уменьшается. В реальном лазере кристалл конечен. Полость с обеих сторон имеет вогнутое зеркало, а затем относительно длинный путь к плоскому зеркалу. Непрерывный свет выходит из торца кристалла с большей шириной луча и небольшой расходимостью. Он освещает меньшую область вогнутого зеркала, что приводит к небольшой ширине луча на пути к плоскому зеркалу. Таким образом, дифракция сильнее. Из-за расхождения свет фактически исходит из точки, расположенной дальше друг от друга, и приводит к большей конвергенции после вогнутого зеркала. Эта конвергенция уравновешивается дифракцией. Импульсный свет выходит из торца с меньшей шириной луча и без расходимости. Таким образом, он освещает большую площадь вогнутого зеркала и впоследствии становится менее сходящимся. Таким образом, как непрерывные волны, так и импульсные световые фронты отражаются сами на себя. Резонатор, близкий к конфокальному, означает близость к нестабильности, а значит, диаметр пучка чувствителен к изменениям резонатора. Это подчеркивает модуляцию. При слегка асимметричной полости, удлиняющей полость, усиливается дифракция и даже становится неустойчивой для непрерывная работа , оставаясь при этом стабильной для импульсной работы .
Длина среды, используемой для KLM, ограничена дисперсией групповой скорости . KLM используется для управления смещением конверта несущей .
Запуск лазера с синхронизированной моделью линзы Керра
[ редактировать ]Начало синхронизации моделей линзы Керра зависит от силы задействованного нелинейного эффекта. Если лазерное поле накапливается в резонаторе, лазеру приходится преодолевать область непрерывного режима работы , чему часто благоприятствует механизм накачки. Этого можно достичь с помощью очень сильной линзы Керра, которая достаточно сильна для синхронизации модели из-за небольших изменений напряженности лазерного поля (нарастание лазерного поля или стохастические флуктуации).
Синхронизацию моделей также можно начать, переместив оптимальный фокус с непрерывного режима работы на импульсный режим , одновременно изменяя плотность мощности, ударяя торцевое зеркало полости резонатора (хотя синхронно колеблющееся торцевое зеркало с пьезоэлектрическим креплением было бы более «под ключ»). '). Другие принципы включают в себя различные нелинейные эффекты, такие как насыщающиеся поглотители и насыщающиеся брэгговские отражатели, которые вызывают достаточно короткие импульсы, чтобы инициировать процесс керровского линзирования.
Modellocking – эволюция импульса
[ редактировать ]Изменения интенсивности с длиной наносекунд усиливаются за счет процесса линзирования Керра, а длина импульса еще больше сокращается для достижения более высокой напряженности поля в центре импульса. Этот процесс повышения резкости ограничивается только шириной полосы пропускания, достижимой при использовании лазерного материала и зеркал резонатора, а также дисперсией резонатора. Самый короткий импульс, достижимый с заданным спектром, называется импульсом с ограниченной полосой пропускания .
Технология чирпированного зеркала позволяет компенсировать несоответствие времени различных длин волн внутри резонатора из-за дисперсии материала, сохраняя при этом высокую стабильность и низкие потери.
линзе Керра и автофазовой модуляции Эффект Керра приводит к одновременной . В первом приближении их можно рассматривать как независимые эффекты.
Приложения
[ редактировать ]Поскольку синхронизация модели линзы Керра представляет собой эффект, который непосредственно реагирует на электрическое поле, время отклика достаточно быстрое, чтобы генерировать световые импульсы в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длиной менее 5 фемтосекунд . Благодаря высокой напряженности электрического поля сфокусированные ультракороткие лазерные лучи могут преодолевать порог в 10 14 В см −2 , что превосходит напряженность поля электрон-ионной связи в атомах.
Эти короткие импульсы открывают новую область сверхбыстрой оптики , которая представляет собой область нелинейной оптики , открывающую доступ к совершенно новому классу явлений, таким как измерение движения электронов в атоме (аттосекундные явления), генерация когерентного широкополосного света ( сверхширокие лазеры ) и тем самым появляется множество новых приложений в оптическом зондировании (например, когерентный лазерный радар, оптическая когерентная томография сверхвысокого разрешения ), обработке материалов и других областях, таких как метрология (чрезвычайно точная частота и время). измерения).
Ссылки и примечания
[ редактировать ]- ^ Вазири, МРР (15 декабря 2015 г.). «Комментарий к статье «Измерения нелинейной рефракции материалов методом муаровой дефлектометрии» ». Оптические коммуникации . 357 : 200–201. Бибкод : 2015OptCo.357..200R . дои : 10.1016/j.optcom.2014.09.017 .
- Д.Е. Спенс, П.Н. Кин и В. Сиббетт, Опт. Летт. 16, 42 (1991).
- М. Пиче, опт. Общий. 86, 156 (1991).
- Б. Проктор, Э. Вествиг и Ф. Уайз, Опт. Летт. 18, 1654 (1993).
- В. Магни, Г. Серулло и С. Де Сильвестри, Опт. Общий. 101, 365 (1993).