Aperçu des lasers pulsés

Aperçulasers pulsés

La manière la plus directe de générerlaserPour générer des impulsions laser, on ajoute un modulateur à l'extérieur du laser continu. Cette méthode permet de produire des impulsions picosecondes très rapides, mais, bien que simple, elle entraîne un gaspillage d'énergie lumineuse et sa puissance de crête ne peut excéder la puissance du laser continu. Par conséquent, une méthode plus efficace consiste à moduler le laser au sein de sa cavité, en stockant l'énergie pendant les phases d'arrêt et en la libérant pendant les phases d'activation. Les quatre techniques courantes de génération d'impulsions par modulation de cavité sont la commutation de gain, la commutation Q (ou commutation de pertes), la vidange de la 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 des impulsions soit faible, cette méthode est très flexible, permettant notamment d'ajuster 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, une avancée majeure qui a mis fin à quarante années de blocage technologique.

Les impulsions nanosecondes intenses sont généralement générées par des lasers à commutation Q, qui émettent plusieurs allers-retours dans la cavité. L'énergie de ces impulsions se situe entre quelques millijoules et plusieurs joules, selon la taille du système. Les impulsions picosecondes et femtosecondes d'énergie moyenne (généralement inférieure à 1 μJ) sont principalement générées par des lasers à modes verrouillés. Le résonateur laser contient une ou plusieurs impulsions ultracourtes qui se répètent en continu. Chaque impulsion intracavité est transmise par 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 normale complète (ANDi).dispositif laser à fibre, dont la plupart peuvent être construits à l'aide de composants standard Thorlabs (fibre, lentille, support et table de déplacement).

La technique de vidange de la cavité peut être utilisée pourLasers à commutation Qpour obtenir des impulsions plus courtes et des lasers à modes verrouillés pour augmenter l'énergie des impulsions avec une réfraction plus basse.

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 sécantes quadratiques. La durée de l'impulsion (également appelée largeur d'impulsion) est le plus souvent exprimée par sa 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 de crête. Un laser à commutation Q génère des impulsions courtes de l'ordre de la nanoseconde.
Les lasers à modes verrouillés produisent des impulsions ultracourtes (USP) de l'ordre de quelques dizaines de picosecondes à quelques femtosecondes. L'électronique à haute vitesse ne peut mesurer que des impulsions jusqu'à quelques 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 conservent une largeur quasiment constante 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 celle-ci peut être recomprimée avec une dispersion opposée. Le schéma suivant illustre 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 sensible à la dispersion lors de sa propagation. Tout type de fibre, y compris d'autres milieux amplificateurs à bande passante limitée, peut modifier la forme de la bande passante ou d'une impulsion ultracourte, et une diminution de la bande passante peut entraîner un élargissement temporel. Il existe également des cas où la largeur d'impulsion d'une impulsion fortement modulée en fréquence diminue lorsque le spectre se rétrécit.