Pikosekundové pevnolátkové lasery

Prezentace na téma: "Pikosekundové pevnolátkové lasery"— Transkript prezentace:

1 Pikosekundové pevnolátkové lasery
Prof. Ing. Václav Kubeček, DrSc KFE FJFI ČVUT Praha Přednáška č.2 Laserové systémy Revize

2 Obsah přednášky Základní vlastnosti laserových impulsů
Princip synchronizace módů a způsoby realizace Příklady laserů se synchronizací plus nové metody: Výbojkou buzený laser s pasivní synchronizací módů Pevnolátkové saturovatelné absorbéry Diodově pulzně buzený ps systém Diodově kontinuálně buzený ps systém

3 Pikosekundové laserové impulsy
Kontinuální buzení Impulzní buzení Ps a fs impulsy-mode locking

4 Atraktivita krátkých impulsů
Délka světelného balíku ve vakuu: 1 ns ~ 30 cm 1 ps ~0.3 mm 1 fs ~ 0.3 um Rychlost šíření c Výkon pro energii 1 J v impulsu 1 ns ~ 1 GW 1 ps ~ 1 TW 1 fs ~ 1 PW

5 Dosažené nejkratší délky impulsů v jednotlivých letech

6 Popis utrakrátkých impulsů

7 Charakteristiky světelných impulsů

8 Spektrální a časové charakteristiky

9 Metoda generace-synchronizace podélných módů

10 Synchronizace módů

11 Model synchronizace módů

12 Základní charakteristiky

13 Příklady laserů se synchronizací módů

14 Metody synchronizace módů
Aktivní – pomocí modulátoru řízeného vnějším polem Pasivní – pomocí nelinearity v rezonátoru

15 Aktivní synchronizace módů

16 Pasivní synchronizace módů

17 Příklad - Klasický pulzní laser s pasivní synchronizací módů pomocí barviva

18 Nové saturovatelné absorbéry: Polovodičové a krystaly .
Výhody polovodičových absorbérů Volbou přípravy lze ovlivňovat základní paramety a tak vytvářet elementy pro danou aplikaci neomezená životnost

19 Polovodičový absorbér Semiconductor mirror with QW (MQW)
20pairs GaAs 400 um InGaAs Substrate QW 15 nm AlAs 90.5nm 76.2nm Bragg Mirror 61 nm Run#870,MQ2 R>97% GaAs Al As ( n= 2.94) LT InGaAs ( n= 3.2) LT Ga As ( n=3.49) Naše elementy: Center for High Technology Materials (CHTM) , University of New Mexico, Albuquerque, USA

20

21

22 ALL SOLID STATE MODE-LOCKING Nd:YAG, MQW 760 D, TEM00
E train = 1.5 mJ, pulse width 50 ps

23

24

25

26 Otevírání dutiny (cavity dumping): Selekce jednoho impulzu ze sledu
Nd:YAG Pol PC1 M2 MQW PC2 M1

27 Další pevnolátkové absorbéry: krystal Cr:YAG

28 Nové trendy v buzení : Pevnolátkové lasery s diodovým buzením
Výhody vysoká účinnost (selektivní buzení) malé rozměry a příkon dlouhá životnost

29 Pulsed passively mode locked operation of diode pumped Nd:GdVO4 and Nd:YVO4 in a bounce geometry
Václav Kubeček*, Michal Drahokoupil, Helena Jelínková Czech Technical University, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Brehova 7, Prague 1, Czech Republic Andreas Stintz, Jean-Claude Diels, University of New Mexico, Department of Physics and Astronomy and Center for High Technology Materials, 800 Yale blvd. NE, Albuquerque, New Mexico, USA Photonics West 08: Paper

30 Kvazikontinuální buzení – pulzní systém rezonátor v režimu klouzavého dopadu.
M1 - flat rear mirror, M2 - folding mirror (concave 1-m radius of curvature), M3- flat and wedged output coupler with reflectivity of 30%, LD – laser diode array, AM – active medium slab, SA– saturable absorber, WP-wave plate

31 Prostorové charakteristiky laserové diody o pulzním výkonu 100 W
Dependence of the size in vertical direction of the pumping beam on the distance from laser diode (left). The figure on right side right shows beam profile of the pump beam at distance 17 cm from the diode.

32 Nd:YVO4 laser s pasivní synchronizací módů
Threshold : 70A, 70A – 82A Stable single train 80A: Ē= 230 ± 20 μJ (250 šotů:

33 Passively mode-locked operation Nd:GdVO4
I = 46 A Threshold 41 A, < 46 A single train 45 A: Ē= 185 ± 7 μJ I = 60 A

34 MQW saturable absorber in laser resonator

35 Active medium and laser diode

36 Lasery s kontinuálním buzením

37 20 W laserová dioda s vláknem a zdrojem

38 Experimentální sestava laseru
LD OS M2 M1 Nd:YAG M5 M4 M3 Schéma diodově čerpaného Nd:YAG laseru – saturovatelný absorbér integrovaný do zrcadla

39 Počítačový návrh rezonátoru laseru
Vzdálenost zrcadel ovlivňuje pole v rezonátoru Schéma rozložení pole v rezonátoru – poloměr základního příčného módu v krystalu (100um), na zrcadlech a na absorbéru (30 um)

40 Oscilogramy výstupních impulsů

41 Experimentální výsledky – výkon laseru
140 mW. Závislost výstupního výkonu laseru v jednom svazku (za zrcadlem M3) na čerpacím výkonu.

42 Experimentální výsledky – synchronizace modů
Q-ML CW-ML Oscilogramy generovaného záření v režimu Q-spínané a kontinuální synchronizace modů

43 Experimentální výsledky – autokorelační měření
V režimu kontinuální synchronizace modů jsme generovali 9 ps impulsy, výkon 2 x 140 mW.

44 FemtosekundovÉ LASERY

45 Pasivní synchronizace módů pomocí optického Kerrova jevu (KLM)

46 Nejkratší impulsy : Titan:safírový laser Délka 5
Nejkratší impulsy : Titan:safírový laser Délka 5.4 fs = 2 optické cykly