روش های تولید پالس های فوق کوتاه
Mode-locking bandwidth duration DnDt = const. broadest spectrum broader spectrum narrow spectrum bandwidth Dn continuous wave (CW) duration Dt قفل شدگی مدها pulses (mode-locked) shortest pulses
قفل شدگی مدها این روشِ تولید پالس کوتاه، برای تولید پالسهای خیلی کوتاه (کوتاهتر ازپالس های (Q-Switching بکار می رود. قفل شدگی مدی از قفل کردن تعدادی مد طولی هم فاز یا با اختلاف فاز ثابت در فرکانس های مختلف حاصل می شود. Out of phase RANDOM phase for all the laser modes Irradiance vs. Time Out of phase In phase LOCKED phases for all the laser modes
در ناحیه ناهم فازی مدها، مدها بر سر تقویت شدن توسط گسیل برانگیخته ی اتم ها رقابت می کنند. با قرار دادن محیطی غیرخطی (هر سیستم که شدت های قویتر را تقویت کند) در کاواک، ماکزیمم قویتر تقویت شده و قفل شدگی مدی حاصل می شود. گزینش ماکزیمم شدت برای تقویت شدن توسط محیط غیرخطی در حوزه ی زمانی همان یافتن رابطه ای بین فازهای مدها در حوزه ی فرکانسی است.
روشهای قفل شدگی مد قفل شدگی مد فعال: مدولاسیون دامنه (AM) مدولاسیون فاز (FM) قفل شدگی مد غیرفعال: جاذب اشباع پذیر عدسی کر
AM مدولاسیون اگر موج، میدان الکتریکی به صورت زیر داشته باشد: که در آن Em (دامنه ی میدان الکتریکی): فرکانس مدولاسیون AM شاخص مدولاسیون فرکانس مدولاسیون شاخص مدولاسیون AM با اعمال Em درEm(z,t) جملاتی با فرکانس های حاصل می شود که این دو جمله دو فرکانس در دو طرف مد ωm مورد نظر هستند.
هر چه Ω به ( ) نزدیکتر باشد قفل شدگی فرکانس های Frequency cavity modes pc/L ωm+1 ωm-1 هر چه Ω به ( ) نزدیکتر باشد قفل شدگی فرکانس های با مدهای ωm+1 و ωm-1 قویتر است. هر چه به (جدایی فرکانسی مدها) نزدیکتر باشد قفل شدگی فرکانس های با ωm-1 ωm+1
FM مدولاسیون میدان الکتریکی موج: فرکانس مدولاسیون با بکار بردن روابط مثلثاتی برای جملاتی با فرکانس هایی به صورت ، ، و...تولید می شود. Frequency cavity modes pc/L ωm-1 ωm+1
قفل شدگی اکوستواپتیکی در این روش از اتلاف کاواک برای مدوله کردن استفاده می شود.(مدولاسیون دامنه) این روش براساس پراش نور از یک موج صوتی (توری پراش) می باشد. یک موج مانای صوتی در محیط تغییر ضریب شکستی به صورت زیر تولید می کند. Sin kx شکل دهی فضایی را بعهده دارد. INCIDENT LIGHT DIFFRACTION LIGHT
در این صورت اتلافات کاواک به طور دوره ای مدوله می شوند (با فرکانس 2ωs) Quartz Diffracted Beam (Loss) w Acoustic transducer Input beam Output
قفل شدگی با الکترواپتیک سلول pockels ضریب شکستی به صورت زیر دارد: میدان الکتریکی موج : سلول pockels میدان الکتریکی وارد شده را به دو مولفه ی قطبیده عمود بر هم تجزیه می کند (با ضریب شکست مختلف) تغییر ضریب شکست، اختلاف فازی بین مولفه های میدان موج اعمال می کند که منجر به اختلاف فاز موج ورودی و خروجی متناسب باβEaz می شود. میدان ناشی از ولتاژ اعمالی به سلول
با انتشار میدان موج دراین محیط به طول l ،Eal را در فاز داریم که همان ولتاژ اعمالی به سلول است پس اگرV به صورت سینوسی تغییر کند، فاز میدان موج، تغییرات سینوسی در فرکانس جدایی Δ دارد پس مدولاسیون FM داریم. Polarizer V موادی مانند LiNbO3 ،LiTaO3 ، KDP، KD*P به عنوان ماده الکترواپتیک بکار می روند. موادی مانند LiNbO3 ،LiTaO3 ، KDP، KD*P به عنوان ماده الکترواپتیک بکار می روند.
تولید پالس کوتاه با جاذب اشباع پذیر جذب جاذب اشباع پذیر به صورت زیر به شدت مربوط می شود. دو مد نوسان کننده را در کاواک درنظر می گیریم با فرکانس های ω1و .ω2. اتلاف کاواک مدوله شده ای در فرکانس جدایی دو مد ω1-ω2 حاصل می شود که دو مد را با تولید فرکانس های مجاور قفل می کند (پهن شدن طیف فرکانسی ) با محاسبه ی شدت این دو مد (E1+E2)2 و میانگیری آن در چند دوره خواهیم دید که میانگین شدت با زمان به صورت سینوسی تغییر می کند.
اتلاف کاواک(جذب) مدوله شده ای در فرکانس جدایی دو مد Δ=ω1-ω2 حاصل می شود که دو مد را با تولید فرکانس های مجاور قفل می کند. در کاواکی شامل محیط جاذب اشباع پذیر و تقویت کننده، می توان نشان داد که با چندین رفت و برگشت پالس در کاواک، در نهایت در خروجی پالسی بسیار کوتاه با شدت زیاد به دست می آوریم. Round trips (k) Intensity time (fs) Weak pulses suppressed because they are absorbed. Strong pulsed pass through. اتلاف کاواک(جذب) مدوله شده ای در فرکانس جدایی دو مد Δ=ω1-ω2 حاصل می شود که دو مد را با تولید فرکانس های مجاور قفل می کند. حذف شدت های ضعیف در کاواک در کاواکی شامل محیط جاذب اشباع پذیر و تقویت کننده می توان نشان داد که با چندین رفت و برگشت پالس در کاواک در نهایت در خروجی پالسی بسیار کوتاه با شدت زیاد به دست می آوریم. DODCI, DCM DQOCIDODCI, Kiton red DODCI, Rh6G DODCI, DCM DQOCIDODCI, Kiton red DODCI, Rh6G حذف شدت های ضعیف در کاواک