脉冲激光器

脉冲激光器是一种不连续发光的激光器（连续波激光器，也称为CW激光器），而是以脉冲方式工作， 它在时间有限的部分（脉冲）发光。 根据脉冲的长度，人们称之为短脉冲或超短脉冲激光器。

虽然来自连续波激光器的光通常具有非常窄的光谱，但脉冲激光器无法做到这一点。 根据傅里叶变换，脉冲的时间级数和频谱是相关联的：脉冲越短，其频率带宽就越大。

时间和光谱宽度的乘积（ Δ t {\displaystyle \Delta t} 和 Δ ν , {\displaystyle \Delta \nu ,} 强度的每个 FWHM）被称为变换极限并满足不等式

Δt ⋅ Δν ≥ 常量。

该常数取决于脉冲形状。 对于高斯脉冲。

这些激光器是 CW 激光器，其运行周期性中断（因此称为“准连续波”）。 在发射过程中，这随着时间的推移是恒定的，并且与泵速有固定的关系，就像 CW 操作中的情况一样。 然而，由于发射是周期性中断的，随时间平均的功率小于峰值功率。 如果光束源连续运行，这将实现峰值性能，使光束源过载。 在这方面，该操作对应于脉冲激光。

由于物理原因，一些激光器类型仅发射激光脉冲或不能像 CW 激光器那样有效运行。 xxx台激光器，红宝石激光器，就是这样的脉冲激光器。 存储在粒子数反转中的能量被脉冲“扫除”的速度快于泵浦源将新能量泵送到上激光能级的速度。 特别是，用闪光灯泵浦的固态激光器只发射脉冲激光。 可以通过控制闪光灯的电源来精确设置能量、持续时间和峰值功率。

此外，许多 CW 激光器可以通过快速打开和关闭泵浦电源以脉冲方式运行。 通过这种方式，二氧化碳激光器可以脉冲超过 1 kHz。 原则上，脉冲也可以通过 CW 激光器和调制器（例如简单的斩波器）的组合来产生。 然而，这种方法不是很有效，因为大部分激光功率都损失了。 此外，可实现的最小脉冲持续时间受调制器速度的限制。 因此，在实践中，人们努力争取整个种群反转， 脉冲持续时间内激光器的总可用增益。

产生短脉冲和超短脉冲的方法多种多样，可以实现数 GW 范围内的峰值功率。

Q 开​​关是激光谐振腔内损耗的开关。 在保持高损耗的同时，可以通过光泵浦建立高粒子数反转。 由于损耗高，激光器在此期间不能振荡。 在此期间，人口反转仅通过自发辐射减少，而不会通过受激发射减少。 如果谐振器的质量切换为“好”并且损耗以这种方式减少，则受激发射开始。 这消耗了短时间内积累的粒子数反转，使光介质中的能量集中在一个短脉冲中。

实施可以通过有源或无源元件来完成。 在主动实施中，Q 开关是“从外部控制的”，例如 B. 通过电光或声光调制器。 使用可饱和吸收器作为无源元件，Q 开关随光照而变化。 吸收体逐渐被自发辐射“饱和”，直到其吸收减少到可以开始受激发射的程度。 这导致吸收器进一步饱和，从而谐振器品质因数进一步增加。 因此，受激发射继续增加，直到人口反转被消耗。

使用有源 Q 开关，可以生成几纳秒的脉冲持续时间。 被动 Q 开关用于较短的脉冲。

通过锁模，激光器中存在的纵模是同步的。 由于同相叠加，不同的模式相长干涉，从而形成短脉冲。

与 Q 开关 gi 一样这里也有主动和被动的方法。 有源方法也是使用声光调制器。 然而，对于模式锁定，这不会以在一定时间内完全抑制激光操作的方式调节损耗。 相反，调制器的工作频率对应于谐振器中脉冲的往返时间。 调制器不必在 0% 和 xxx 传输之间切换。 百分之几的调制就足够了。 可以使用可饱和吸收器或利用克尔透镜效应来实施被动方法。

通过模式耦合，可以实现皮秒和飞秒范围内的脉冲持续时间。 由于值在皮焦耳和纳焦耳范围内，脉冲能量远低于调Q激光器所能达到的值。 使用可饱和吸收体时可获得最短脉冲。

无法使用光电二极管进行电子测量，因为光电二极管的速度受限于电子-空穴对的复合时间，该时间通常在纳秒范围内。

最短的可用事件通常是脉冲本身。在自相关器中，可以“自身”测量脉冲，从而可以推导出脉冲持续时间。

另一种可能性是使用 FROG（频率分辨光选通）。 这允许记录脉冲的频谱图并从中计算电场和相位。

由于它们的高峰值强度，脉冲激光器有多种应用，例如在材料加工和眼科学方面。 在后一种情况下，可以通过有针对性地去除角膜表面来矫正屈光不正。

此外，由于强度高，非线性光学的影响，例如倍频或克尔效应诱导。

由于极短的脉冲持续时间，可以解析在脉冲持续时间的时间尺度上发生的物理过程。