ما هو الليزر فائق السرعة

أ. مفهوم الليزر فائق السرعة

تشير أجهزة الليزر فائقة السرعة عادةً إلى أجهزة الليزر ذات الوضع المقفل المستخدمة لإصدار نبضات قصيرة جدًا، على سبيل المثال، نبضات مدتها الفيمتو ثانية أو البيكو ثانية. الاسم الأكثر دقة هو الليزر النبضي فائق القصر. تعد أشعة الليزر النبضية فائقة القصر تقريبًا ليزرًا مقفل الوضع، لكن تأثير تبديل الكسب يمكن أن ينتج أيضًا نبضات فائقة القصر.

ب. نوع الليزر فائق السرعة

1. يمكن لأشعة ليزر Ti-sapphire، والتي عادةً ما تكون في وضع قفل عدسة Kerr، إنتاج نبضات قصيرة تصل مدتها إلى حوالي 5 fs. يبلغ متوسط ​​طاقة الخرج عادةً بضع مئات من المللي واط، مع معدلات تكرار النبض، على سبيل المثال، 80 ميجا هرتز وعشرات الفيمتو ثانية أو أقل، ومدة النبضة تبلغ عشرات الفيمتو ثانية أو أقل، مما يؤدي إلى ذروة طاقة عالية للغاية. لكن ليزرات التيتانيوم والياقوت تتطلب ضخ الضوء من بعض ليزرات الضوء الأخضر، مما يجعلها أكثر تعقيدًا وتكلفة.

2. هناك العديد من أجهزة الليزر التي يتم ضخها بالديود والتي تعتمد، على سبيل المثال، على بلورات الليزر المطلية بالإيتربيوم (الكريستال أو الزجاج) أو بلورات الليزر المطلية بالكروم، والتي تستخدم عادةً قفل الوضع السلبي SESAM. على الرغم من أن مدة النبضة لليزر المضخ بالديود ليست قصيرة مثل مدة النبضة لليزر التيتانيوم والياقوت، إلا أن الليزر المضخ بالديود يمكن أن يغطي منطقة واسعة من حيث مدة النبضة ومعدل تكرار النبضة ومتوسط ​​الطاقة (انظر أدناه). .

3. يمكن أيضًا أن تكون أشعة الليزر الليفية المعتمدة على ألياف زجاجية مشبعة بعناصر أرضية نادرة مقفلة الوضع بشكل سلبي، على سبيل المثال، باستخدام دوران الاستقطاب غير الخطي أو SESAM. وهي أكثر محدودية من أجهزة الليزر السائبة من حيث متوسط ​​الطاقة، وخاصة طاقة الذروة، ولكن يمكن دمجها بسهولة مع مضخمات الألياف. توفر المقالة الخاصة بليزر الألياف ذات الوضع المقفل مزيدًا من التفاصيل.

(4) يمكن أن يكون ليزر الصمام الثنائي ذو الوضع المقفل عبارة عن أجهزة متكاملة أو ليزر ديود ذو تجويف خارجي، ويمكن أن يكون نشطًا أو سلبيًا أو مختلطًا. عادةً ما تعمل ليزرات الصمام الثنائي ذات النمط المقفل بمعدل تكرار نبض مرتفع (عدة آلاف ميغاهرتز) عند طاقة نبضية معتدلة.

يمكن أن تكون مذبذبات الليزر فائقة السرعة جزءًا من أنظمة الليزر فائقة السرعة، والتي يمكن أن تتضمن أيضًا مضخمًا فائق السرعة (مثل مضخم الألياف الضوئية) لزيادة الطاقة القصوى ومتوسط ​​طاقة الخرج.