Kształt impulsu przy swobodnej generacji
Pp
Impulsowe pompowanie
lasera
t [ms]
Inwersja obsadzeń
"N
t
próg generacji
0
stan równowagi
PL
Generowany impuls
lasera jako zbiór
podimpulsów
t
Kształt impulsu przy
P
Pompa
modulowanej dobroci
p
rezonatora
t [ms]
"N
Inwersja obsadzeń
t
próg
generacji
swobodna generacja
0
stan równowagi
Q
Qmax
Dobroć rezonatora
Qmin
t
PL
Impuls lasera
swobodna generacja
Metody realizacji modulacji dobroci rezonatora cd
Za pomocÄ… modulatora Pockelsa
Sterowanie
Zasilacz
Lampa wyładowcza
Wyjście
Ośrodek czynny
impulsowe
Modulator
Polaryzator
Pockelsa
Czas zadziałania modulatora rzędu 10-10s
Maksymalne moce rzędu MW
Impulsy nanosekundowe
Absorpcja ośrodka liniowego i nieliniowego
I0 Dla ośrodka liniowego transmisja
I
I
Ä = = exp(- ²d)
d I0
gdzie ² staÅ‚y współczynnik absorpcji charakteryzujÄ…cy stopieÅ„ absorpcji
ośrodka na jednostkę długości niezależnie od wartości padającej
intensywności
W ośrodku z nieliniową absorpcją lokalny współczynnik absorpcji
²0
gdzie M gęstość mocy
² =
M
1
wiÄ…zki padajÄ…cej
1+
Ä
Ms
Lokalna
Ms  stała zależna od ośrodka
transmisja
ośrodka
Im większa wartość gęstości mocy
M, tym mniejszy współczynnik ²
Gęstość mocy M wiązki W/mm2
Lokalny współczynnik transmisji Ä = 1- ²
Absorpcja ośrodka liniowego i nieliniowego cd
Wyjaśnienie zjawiska  model kwantowy
Ośrodek dla małego I0
1
I0 I
w stanie równowagi
mocno absorpcyjny
0
1
Ośrodek dla dużego I0
I0 I
w stanie równowagi
niemal przezroczysty
0
Istnieją różne mechanizmy absorpcji (np. metale) i nie każdy ośrodek jest
nieliniowy
Metody realizacji modulacji dobroci rezonatora cd
Z wykorzystaniem nieliniowej absorpcji - migawka pasywna
Zasilacz
Na poczÄ…tku emisji spontanicznej
migawka absorbuje  niska
Lampa wyładowcza
dobroć rezonatora
Emisja spontaniczna zmniejsza
siÄ™ absorpcjÄ™ migawki - wzrost
Ośrodek czynny
Ośrodek
dobroci rezonatora
nieliniowy
Uruchomienie akcji laserowej  migawka jest przez
roczysta
maksymalna dobroć rezonatora
Moment startu akcji laserowej regulowany stężeniem ośrodka nieliniowego
Zaleta: brak aktywnego sterowania migawkÄ…
Wada: podgrzewanie ośrodka nieliniowego i jego parowanie
Parametry podobne jak z modulatorem Pockelsa
impulsy nanosekundowe
Synchronizacja modów  mode locking Impulsy pikosekundowe
´
Wykorzystuje siÄ™ interferencjÄ™
modów podłużnych modu
TEM00 przy zachowaniu tej
samej fazy poczÄ…tkowej
Próg
Interferuje N modów
generacji
(na rysunku N = 7)
½
K+6 K+2 K
K+4 
K+5 K+3 K+1
VK = V0(r, z)exp[i(ÉKt - kKz)]
Rozkład pola dla modu K
gdzie V0(r,z) jest zespoloną amplitudą uwzględniająca zmiany fazowe i
amplitudowe jednakowe dla wszystkich modów
Założone przy tym, że intensywności i fazy początkowe wszystkich
modów są jednakowe.
Zgodność faz będzie osiągana przez odpowiednią budowę lasera, natomiast
założenie jednakowych intensywności jest częściowo usprawiedliwione i
wynika raczej z prostoty rozważań
Synchronizacja modów cd
t = const
d
z
Laser
2d/N 2d
Laser generuje periodyczny zbiór impulsów
Odległość między impulsami równa podwójnej długości rezonatora
Szerokość impulsu w mierze liniowej ´z = 2d/N  gdzie N jest liczbÄ…
interferujących modów podłużnych
Szerokość impulsu w mierze czasowej ´t = ´zÅ"np./c 
gdzie np jest współczynnikiem załamania powietrza
Im więcej modów podłużnych, tym krótszy impuls. Oznacza to, że należy
w tym celu wykorzystywać ośrodki laserowe z szeroką linią widmową
Aby uzyskać impuls 4.5 fs (rekordowe osiągnięcie), co odpowiada
szerokoÅ›ci ´z = 1.35 źm, dla lasera z rezonatorem d = 0.5 m należy
wykorzystać co najmniej N = 740000 modów podłużnych
Idea synchronizacji faz początkowych modów
d
z
Ośrodek czynny
2d
Absorber nieliniowy
migawka pasywna
Migawka pasywna otwierana jest przez propagujÄ…ce siÄ™ impuls
raz na dwie długości rezonatora
Idea synchronizacji faz początkowych modów
W wyniku interferencji impuls, który otwiera migawkę
podział impulsu na
zwierciadle
odbity impuls
2d
Wydzielenie pojedynczego impulsu z jego zbioru
Zogniskowany impuls
wywołujący jonizację
Zasilacz wysokiego
napięcia
Modulator Pockelsa
pod napięciem jako
półfalówka
Pojedynczy impuls
2d
Płytka odbijająca światło spolaryzowane
Propagujący się zbiór
a odbijajÄ…ca polaryzacjÄ™
impulsów liniowo
spolaryzowanych
Półfalówka obraca płaszczyznę polaryzacji
Kompresja impulsu przez samomodulacjÄ™
fazową w kształtowanym światłowodzie
W próżni w km/s
c = 299 792.4562 Ä… 0.0011
H" 3" 1014źm/s
Tytanowy
fs = 10-15s
OPA
Rekordowy impuls H" 4.5 fs
Szerokość impulsu w próżni [źm]
"l = cÅ" "t
Samomodulacja w
H" 3Å"1014 Å" 4.5Å"10-15 = 1.35źm
światłowodzie krzemionkowym
Photonics Spectra, luty 2000
-20 0 20 czas [fs]
str. 100-102
OPA  optical parametric amplifier
Tytanowy
Lasery barwnikowe
OPA
Impuls skompresowany
Lata
Szerokość impulsu
Pomiar szerokości impulsu
kompensator dyspersji
przesuw
zwierciadła
czas [fs]
optyczny element
nieliniowy blokujÄ…cy
generacjÄ™ drugiej
harmonicznej dla
pojedynczego impulsu
(zbyt niska moc)
OE magazine, paz
dziernik 2001, str. 48
czas opóz
nienia [fs] "
przesuw zwierciadła [źm]
pole elektryczne
korelacja sygnałów
Trwają prace w celu otrzymania impulsów attosekundowych w
miękkim paśmie rentgenowskim
as = 10-18s
Osiągnięto impuls H" 250 as
OE Magazine, maj 2004, strony 18-22
Cel: sterowanie reakcjami chemicznymi