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超短レーザーの特徴(ちょっとしたテクニック)

  • View:73     2021年07月30日
  • 1-超短レーザーパルスを生成する
    「クラシック」レーザーは、放出されたビームのコヒーレンスを最大化するように構築されています。特に、レーザーキャビティの形状を操作することにより、「シングルモード」放射を取得しようとします。つまり、非常に正確な方向、長さ、非常に正確な波でのみ放射を許可したいということです。
    しかし、ハイゼンベルクの不確定性原理は、シングルモードレーザーには短すぎるパルスを禁止しています。ただし、100 fs以下、つまり1000万分の1秒のパルスを生成する必要があります。したがって、広帯域(スペクトル幅が数十ナノメートル)で発光できるレーザーポインターカラス材料を選択し、この波長範囲全体、つまり多数のモードでレーザー効果が得られるようにキャビティを構築します。これらのモードはすべて同期する必要があります。放出されるパルスは、すべてが同時に放出される場合にのみ短くなります。しかし、それらのそれぞれは、それを生み出した自然放出に応じて、ランダムに同期されます。これを改善するために、「飽和吸収体」がキャビティに追加されます。これは、モードが時間の経過とともに分布する場合、低光強度では不透明ですが、最も強いものを通過させる、つまりモードが発生する場合です。同時に起こります。
    したがって、短いパルスのみを増幅することができ、放出されるのはこれらです。それはモードのロックです。次に、それらをさらに増幅して、高出力パルスを取得する必要があります。

    レーザーモードロックの原理。
    (モード同期の原理。上:モードが同期されていない場合、可飽和吸収体によってブロックされます。同期されている場合、強度は超短パルスが送信されて増幅されるのに十分です。)

    2-超短レーザーパルスを増幅する
    超短、高出力のレーザーパルスを1つのステップで生成することはできません。したがって、最初に短いパルスを生成し、次にそれらを増幅して目的の電力レベルにする必要があります。
    しかし、短いパルスは、増幅後、通過する光学部品を損傷する危険性があるほどのパワーを持っています...レーザーポインターおすすめ増幅器の結晶を含みます!したがって、増幅中は、「周波数ドリフト増幅」と呼ばれる特定の手法を使用する必要があります。この手法は、1985年にミシガン大学のジェラールムルーのチームによって開発されました。

    ストレッチャーの主なレーザー。
    周波数ドリフト増幅の原理。パルスあたりのエネルギー、パルス持続時間、およびレート値は指標です。

    この技術では、発振器から来る超短パルスの広いスペクトル幅を利用して、可逆的にそれらを長くします。回折格子のおかげで、パルスの各スペクトル成分(各「色」)が分離され、2番目の格子を使用して同じビームに再結合される前に、異なる長さの経路を移動します。 。このようにして、千倍に引き伸ばされたパルスが得られ、増幅器を損傷することなく増幅器を通過することができ、したがって、パルスあたり最大数ジュール、またはそれ以上の所望のエネルギーを達成することができる。

    増幅の最後に、すべてのスペクトル成分がコンプレッサーと呼ばれるシステムで再結合されます。コンプレッサーはストレッチャーと同じ原理で動作しますが、逆になります。すべてのスペクトル成分が再び一緒に到着するため、短いパルスが見つかりますが、増幅中に受け取ったエネルギーは、その短い持続時間に関連して回復し、非常に高いパワーを与えます。