Формирование фемтосекундных импульсов

В оптике формированием фемтосекундных импульсов называют манипуляции с временным профилем ультракороткого лазерного импульса . Формирование импульса можно использовать для сокращения/увеличения длительности оптического импульса или для генерации сложных импульсов.

Введение

Рис. 1: Принципиальная схема формирователя импульсов

Генерация последовательностей ультракоротких оптических импульсов является ключевым моментом в реализации сверхвысокоскоростных оптических сетей, систем множественного доступа с оптическим кодовым разделением каналов (OCDMA), запуска и мониторинга химических и биологических реакций и т. д. В зависимости от требований формирователи импульсов могут быть разработаны для растяжения, сжатия или создать последовательность импульсов из одного входного импульса. Способность генерировать последовательности импульсов с фемтосекундным или пикосекундным разделением предполагает передачу оптической информации на очень высоких скоростях.

В науке о сверхбыстрых лазерах формирователи импульсов часто используются в качестве дополнения к импульсным компрессорам для точной настройки компенсации дисперсии высокого порядка и получения оптических импульсов с ограниченным преобразованием, состоящих из нескольких циклов. ^[1]

Техники

Формирователь импульсов можно представить как модулятор. Входной импульс умножается на модулирующую функцию, чтобы получить желаемый выходной импульс. Модулирующая функция в формирователях импульсов может быть во временной или частотной области (полученной преобразованием Фурье временного профиля импульса). Однако применение метода прямого формирования импульсов в фемтосекундном масштабе времени сталкивается с той же проблемой, что и прямое измерение фемтосекундных импульсов : ограничения скорости электроники. ^[2] Интерферометр Майкельсона можно рассматривать как прямой формирователь импульсов в пространстве-времени, поскольку положение движущегося зеркала напрямую влияет на межимпульсную задержку пары выходных импульсов.

Формирование импульса с преобразованием Фурье

Ультракороткий импульс с четко выраженным электрическим полем. $E(t)$ может быть изменен с помощью соответствующего фильтра, действующего в частотной области. Математически импульс преобразуется Фурье , фильтруется и обратно преобразуется для получения нового импульса:

E'(t)={\mathcal {F}}^{-1}\{{\mathcal {F}}\{E(t)\}(\omega )f(\omega )\}(t).

Можно спроектировать оптическую установку с произвольной функцией фильтра. $f(\omega )$ который может быть комплексным, если ⁠ $|f(\omega )|\leq 1$ ⁠ . На рисунке 1 показано, как импульс с ограниченной полосой пропускания может быть преобразован в чирпированный импульс (с фильтром, действующим только на фазу ) или в более сложный импульс (с фильтром, действующим как на фазу, так и на амплитуду ).

Дизайн

Формирователи импульсов с преобразованием Фурье можно отличить по их оптической конструкции: т. е. коллинеарные формирователи и поперечные формирователи, а также по их программируемости, т. е. статические (или регулируемые вручную) формирователи и программируемые формирователи. ^[3]

Примеры

Коллинеарная статика: распространение в дисперсионной среде, чирпированное зеркало.
Коллинеарное программирование: AOPDF
Поперечная статика: расширитель/компрессор импульсов (можно добавить статическую маску в плоскости Фурье для формирования амплитуды)
Поперечное программирование: пространственный модулятор света вставлен в линию с нулевой дисперсией ^[4]

См. также

Фазовое сканирование многофотонной внутриимпульсной интерференции (MIIPS), метод определения характеристик ультракоротких импульсов и управления ими.
Акустооптический программируемый дисперсионный фильтр (АОПДФ) — коллинеарный акустооптический модулятор, способный формировать спектральную фазу и амплитуду ультракоротких лазерных импульсов.
Чирикающее зеркало

Примечания

^ Хагеманн, Франц; Гаус, Оливер; Вёсте, Людгер; Зиберт, Торстен (2013). "Формирование импульсов суперконтинуума в малоцикловом режиме" . Оптика Экспресс . 21 (5): 5536–5549. Бибкод : 2013OExpr..21.5536H . дои : 10.1364/OE.21.005536 . ПМИД 23482125 .
^ Дильс, Жан-Клод; Рудольф, Вольфганг (2006). «Формирование импульса» . Явления ультракоротких лазерных импульсов . Берлингтон: Академическая пресса . стр. 433–456. ISBN 978-0-12-215493-5 .
^ Монмайран, Антуан; Вебер, Себастьян; Шатель, Беатрис (2010). «Руководство для новичков по формированию и определению характеристик ультракоротких импульсов» (PDF) . Журнал физики Б. 43 (10): 103001. Бибкод : 2010JPhB...43j3001M . дои : 10.1088/0953-4075/43/10/103001 . S2CID 120514195 .
^ Вайнер, AM (2000). «Формирование фемтосекундных импульсов с помощью пространственных модуляторов света». Обзор научных инструментов . 71 (5): 1929–1960. Бибкод : 2000RScI...71.1929W . дои : 10.1063/1.1150614 .

Дальнейшее чтение

Алиреза Багер Шемирани; Нагдабади, Р.; Ашрафи, MJ (2016). «Экспериментальное и численное исследование по выбору подходящих формирователей импульсов для испытаний бетонных образцов с помощью разъемного аппарата Хопкинсона». Строительство и строительные материалы . 125 : 326–336. дои : 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.045 .
Вайнер, AM (2009). Сверхбыстрая оптика . Уайли . ISBN 978-0-471-41539-8 .
«Принципы формирования импульсов» . Проверено 10 июня 2013 г.

[1] Хагеманн, Франц; Гаус, Оливер; Вёсте, Людгер; Зиберт, Торстен (2013). "Формирование импульсов суперконтинуума в малоцикловом режиме" . Оптика Экспресс . 21 (5): 5536–5549. Бибкод : 2013OExpr..21.5536H . дои : 10.1364/OE.21.005536 . ПМИД 23482125 .

[2] Дильс, Жан-Клод; Рудольф, Вольфганг (2006). «Формирование импульса» . Явления ультракоротких лазерных импульсов . Берлингтон: Академическая пресса . стр. 433–456. ISBN 978-0-12-215493-5 .

[3] Монмайран, Антуан; Вебер, Себастьян; Шатель, Беатрис (2010). «Руководство для новичков по формированию и определению характеристик ультракоротких импульсов» (PDF) . Журнал физики Б. 43 (10): 103001. Бибкод : 2010JPhB...43j3001M . дои : 10.1088/0953-4075/43/10/103001 . S2CID 120514195 .

[4] Вайнер, AM (2000). «Формирование фемтосекундных импульсов с помощью пространственных модуляторов света». Обзор научных инструментов . 71 (5): 1929–1960. Бибкод : 2000RScI...71.1929W . дои : 10.1063/1.1150614 .

[1]

[2]

[3]

[4]