Импульсная работа лазеров относится к любому лазеру, не классифицируемому как непрерывный , так что оптическая мощность проявляется в импульсах некоторой длительности с некоторой частотой повторения . [1] Это включает в себя широкий спектр технологий, направленных на различные мотивы. Некоторые лазеры являются импульсными просто потому, что они не могут работать в непрерывном режиме.
В других случаях приложение требует создания импульсов как можно большей энергии. Поскольку энергия импульса равна средней мощности, деленной на частоту повторения, этой цели иногда можно достичь, снизив частоту импульсов, чтобы можно было накопить больше энергии между импульсами. Например, при лазерной абляции небольшой объем материала на поверхности детали можно испарить, если его нагреть за очень короткое время, тогда как постепенная подача энергии позволит теплу поглотиться основной массой детали. , никогда не достигая достаточно высокой температуры в определенной точке.
Другие приложения полагаются на пиковую мощность импульса (а не на энергию импульса), особенно для получения нелинейных оптических эффектов. Для заданной энергии импульса это требует создания импульсов как можно более короткой длительности с использованием таких методов, как модуляция добротности .
Оптическая полоса пропускания импульса не может быть уже обратной ширины импульса. В случае чрезвычайно коротких импульсов это подразумевает генерацию в значительной полосе пропускания, что совершенно противоположно очень узкой полосе пропускания, типичной для лазеров непрерывного действия (CW). Лазерная среда в некоторых лазерах на красителях и вибронных твердотельных лазерах обеспечивает оптическое усиление в широкой полосе пропускания, что делает возможным создание лазера, который, таким образом, может генерировать импульсы света длительностью всего несколько фемтосекунд .
В лазере с модуляцией добротности инверсия населенности может накапливаться за счет внесения потерь внутри резонатора, которые превышают усиление среды; это также можно охарактеризовать как снижение добротности или добротности полости. Затем, после того как энергия накачки, запасенная в лазерной среде, приблизилась к максимально возможному уровню, внесенный механизм потерь (часто электро- или акустооптический элемент) быстро устраняется (или происходит сам по себе в пассивном устройстве), что позволяет осуществлять лазерную генерацию. чтобы начать, который быстро получает запасенную энергию в усиливающей среде. В результате получается короткий импульс, включающий эту энергию, и, следовательно, высокая пиковая мощность.
Лазер с синхронизацией мод способен излучать чрезвычайно короткие импульсы длительностью от десятков пикосекунд до менее 10 фемтосекунд . Эти импульсы будут повторяться в течение времени прохождения туда и обратно, то есть времени, которое требуется свету для совершения одного прохождения туда и обратно между зеркалами, составляющими резонатор. Из-за предела Фурье (также известного как неопределенность энергии-времени ), импульс такой короткой временной длины имеет спектр, распределенный по значительной полосе пропускания. Таким образом, такая усиливающая среда должна иметь достаточно широкую полосу усиления для усиления этих частот. Примером подходящего материала является искусственно выращенный сапфир , легированный титаном ( Ti:sapphire ), который имеет очень широкую полосу усиления и, таким образом, может генерировать импульсы длительностью всего несколько фемтосекунд.
Такие лазеры с синхронизацией мод являются наиболее универсальным инструментом для исследования процессов, происходящих в чрезвычайно коротких временных масштабах (известных как фемтосекундная физика, фемтосекундная химия и сверхбыстрая наука ), для максимизации эффекта нелинейности в оптических материалах (например, при генерации второй гармоники , параметрическом преобразование с понижением частоты , оптические параметрические генераторы и т.п.) из-за большой пиковой мощности, а также в абляционных приложениях. [ нужна цитация ] Опять же, из-за чрезвычайно короткой длительности импульса такой лазер будет производить импульсы, которые достигают чрезвычайно высокой пиковой мощности.
Другой метод обеспечения импульсной работы лазера заключается в накачке лазерного материала источником, который сам по себе является импульсным, либо посредством электронной зарядки в случае ламп-вспышек, либо с помощью другого лазера, который уже является импульсным. Импульсная накачка исторически использовалась в лазерах на красителях, где время жизни инвертированной населенности молекулы красителя было настолько коротким, что требовалась высокоэнергетическая и быстрая накачка. Способ решения этой проблемы заключался в зарядке больших конденсаторов , которые затем переключались на разряд через лампы-вспышки , создавая интенсивную вспышку. Импульсная накачка также необходима для трехуровневых лазеров, в которых нижний энергетический уровень быстро населяется, предотвращая дальнейшую генерацию до тех пор, пока эти атомы не релаксируют в основное состояние. Эти лазеры, такие как эксимерный лазер и лазер на парах меди, никогда не могут работать в непрерывном режиме.
Импульсные лазеры Nd:YAG и Er:YAG используются, среди прочего, для лазерного удаления татуировок и лазерных дальномеров .
Импульсные лазеры также используются в хирургии мягких тканей . Когда лазерный луч контактирует с мягкими тканями, одним из важных факторов является не перегревание окружающих тканей, чтобы можно было предотвратить некроз . [2] Лазерные импульсы должны быть разнесены, чтобы обеспечить эффективное охлаждение тканей (время тепловой релаксации) между импульсами. [2]