Présentation des lasers pulsés

Aperçu delasers pulsés

Le moyen le plus direct de générerlaserLa modulation des impulsions laser consiste à ajouter un modulateur à l'extérieur du laser continu. Cette méthode, bien que simple, permet de produire l'impulsion picoseconde la plus rapide, mais l'énergie lumineuse perdue et la puissance de crête ne peuvent excéder la puissance lumineuse continue. Par conséquent, une méthode plus efficace pour générer des impulsions laser consiste à moduler l'énergie dans la cavité laser, en stockant l'énergie au moment de l'arrêt du train d'impulsions et en la restituant au moment de l'activation. Les quatre techniques courantes utilisées pour générer des impulsions par modulation de cavité laser sont la commutation de gain, la commutation Q (commutation de perte), le vidage de cavité et le verrouillage de mode.

Le commutateur de gain génère des impulsions courtes en modulant la puissance de pompage. Par exemple, les lasers à semi-conducteurs à commutation de gain peuvent générer des impulsions de quelques nanosecondes à une centaine de picosecondes par modulation de courant. Bien que l'énergie d'impulsion soit faible, cette méthode est très flexible, permettant notamment de régler la fréquence de répétition et la largeur d'impulsion. En 2018, des chercheurs de l'Université de Tokyo ont présenté un laser à semi-conducteurs à commutation de gain femtoseconde, représentant une avancée majeure dans un goulot d'étranglement technique vieux de 40 ans.

Les impulsions nanosecondes intenses sont généralement générées par des lasers à commutation Q, émises en plusieurs allers-retours dans la cavité. Leur énergie varie de quelques millijoules à plusieurs joules, selon la taille du système. Les impulsions picosecondes et femtosecondes d'énergie moyenne (généralement inférieures à 1 μJ) sont principalement générées par des lasers à verrouillage de modes. Le résonateur laser contient une ou plusieurs impulsions ultracourtes cycliques. Chaque impulsion intracavité transmet une impulsion à travers le miroir de couplage de sortie, et la fréquence de résonance est généralement comprise entre 10 MHz et 100 GHz. La figure ci-dessous illustre un soliton dissipatif femtoseconde à dispersion entièrement normale (ANDi).dispositif laser à fibre, dont la plupart peuvent être construits à l'aide de composants standards Thorlabs (fibre, lentille, monture et table de déplacement).

La technique de vidange des cavités peut être utilisée pourLasers Q-switchedpour obtenir des impulsions plus courtes et des lasers à mode verrouillé pour augmenter l'énergie d'impulsion avec une fréquence plus faible.

Impulsions dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel
La forme linéaire de l'impulsion en fonction du temps est généralement relativement simple et peut être exprimée par des fonctions gaussiennes et sech². La durée de l'impulsion (également appelée largeur d'impulsion) est généralement exprimée par la valeur de la largeur à mi-hauteur (FWHM), c'est-à-dire la largeur sur laquelle la puissance optique est au moins égale à la moitié de la puissance crête. Le laser à commutation Q génère des impulsions courtes de l'ordre de la nanoseconde.
Les lasers à verrouillage de modes produisent des impulsions ultracourtes (USP) de l'ordre de quelques dizaines de picosecondes à quelques femtosecondes. L'électronique haute vitesse ne peut mesurer que des dizaines de picosecondes, et les impulsions plus courtes ne peuvent être mesurées qu'avec des technologies purement optiques telles que les autocorrélateurs, FROG et SPIDER. Alors que les impulsions de l'ordre de la nanoseconde ou plus ne changent pratiquement pas de largeur d'impulsion lors de leur propagation, même sur de longues distances, les impulsions ultracourtes peuvent être affectées par divers facteurs :

La dispersion peut entraîner un élargissement important de l'impulsion, mais elle peut être recomprimée avec la dispersion inverse. Le schéma suivant montre comment le compresseur d'impulsions femtosecondes Thorlabs compense la dispersion du microscope.

La non-linéarité n'affecte généralement pas directement la largeur d'impulsion, mais elle élargit la bande passante, rendant l'impulsion plus susceptible de se disperser pendant la propagation. Tout type de fibre, y compris les autres supports de gain à bande passante limitée, peut affecter la forme de la bande passante ou des impulsions ultracourtes, et une diminution de la bande passante peut entraîner un élargissement dans le temps. Il existe également des cas où la largeur d'impulsion d'une impulsion fortement chirpée diminue lorsque le spectre se rétrécit.