Формирование фемтосекундного импульса

В оптике формирование фемтосекундного импульса относится к манипуляциям с временным профилем сверхкороткого лазерного импульса . Формирование импульса может использоваться для сокращения/удлинения длительности оптического импульса или для генерации сложных импульсов.

Введение

Рис. 1: Принципиальная схема формирователя импульсов

Генерация последовательностей сверхкоротких оптических импульсов является ключом к реализации сверхскоростных оптических сетей, систем множественного доступа с оптическим кодовым разделением (OCDMA), запуска и мониторинга химических и биологических реакций и т. д. В зависимости от требований формирователи импульсов могут быть спроектированы для растяжения, сжатия или создания последовательности импульсов из одного входного импульса. Возможность создания последовательности импульсов с фемтосекундным или пикосекундным разделением подразумевает передачу оптической информации на очень высоких скоростях.

В сверхбыстрой лазерной науке формирователи импульсов часто используются в качестве дополнения к компрессорам импульсов для точной настройки компенсации дисперсии высокого порядка и получения ограниченных по преобразованию оптических импульсов с несколькими циклами. ^[1]

Методы

Формирователь импульсов можно визуализировать как модулятор. Входной импульс умножается на модулирующую функцию для получения желаемого выходного импульса. Модулирующая функция в формирователях импульсов может быть во временной области или в частотной области (полученной с помощью преобразования Фурье временного профиля импульса). Однако применение метода прямого формирования импульсов в фемтосекундной шкале времени сталкивается с той же проблемой, что и прямое измерение фемтосекундных импульсов : ограничения скорости электроники. ^[2] Интерферометр Майкельсона можно рассматривать как прямой формирователь импульсов «пространство-время», поскольку положение движущегося зеркала напрямую передается в задержку между импульсами выходной пары импульсов.

Формирование импульсов с помощью преобразования Фурье

Ультракороткий импульс с четко определенным электрическим полем может быть изменен с помощью соответствующего фильтра, действующего в частотной области. Математически импульс преобразуется Фурье , фильтруется и обратно преобразуется для получения нового импульса: ${\displaystyle E(t)}$

${\displaystyle E'(t)={\mathcal {F}}^{-1}\{{\mathcal {F}}\{E(t)\}(\omega )f(\omega )\}(t).}$

Можно разработать оптическую установку с произвольной функцией фильтра , которая может быть комплекснозначной, при условии, что ⁠ ⁠ . ${\displaystyle f(\omega )}$ ${\displaystyle |f(\omega )|\leq 1}$

Дизайн

Формирователи импульсов с преобразованием Фурье можно различать по их оптической конструкции: коллинеарные формирователи и поперечные формирователи, а также по их программируемости: статические (или регулируемые вручную) формирователи и программируемые формирователи. ^[3]

Примеры

• Коллинеарная статика: распространение в дисперсионной среде, чирпированное зеркало
• Коллинеарно программируемый: AOPDF
• Поперечная статика: расширитель/компрессор импульсов (можно добавить статическую маску в плоскости Фурье для формирования амплитуды)
• Поперечно программируемый: пространственный модулятор света , вставленный в линию с нулевой дисперсией ^[4]

Смотрите также

• Многофотонное внутриимпульсное интерференционное фазовое сканирование (MIIPS), метод характеризации и управления сверхкороткими импульсами
• Акустооптический программируемый дисперсионный фильтр (АОПДФ), коллинеарный акустооптический модулятор, способный формировать спектральную фазу и амплитуду сверхкоротких лазерных импульсов
• Зеркало с чириканьем

Примечания

1. Хагеманн, Франц; Гаус, Оливер; Вёсте, Людгер; Зиберт, Торстен (2013). «Формирование импульсов суперконтинуума в малоцикловом режиме». Оптика Экспресс . 21 (5): 5536–5549. Бибкод : 2013OExpr..21.5536H. дои : 10.1364/OE.21.005536 . ПМИД  23482125.
2. Дильс, Жан-Клод; Рудольф, Вольфганг (2006). «Формирование импульса». Явления сверхкоротких лазерных импульсов . Burlington: Academic Press . С. 433–456. ISBN 978-0-12-215493-5.
3. Монмейран, Антуан; Вебер, Себастьен; Шатель, Беатрис (2010). "Руководство для новичков по формированию и характеристике сверхкоротких импульсов" (PDF) . Journal of Physics B. 43 ( 10): 103001. Bibcode : 2010JPhB...43j3001M. doi : 10.1088/0953-4075/43/10/103001. S2CID  120514195.
4. Weiner, AM (2000). «Формирование фемтосекундных импульсов с использованием пространственных модуляторов света». Review of Scientific Instruments . 71 (5): 1929–1960. Bibcode : 2000RScI...71.1929W. doi : 10.1063/1.1150614.

Дальнейшее чтение

• Алиреза Багер Шемирани; Нагхдабади, Р.; Ашрафи, М.Дж. (2016). «Экспериментальное и численное исследование выбора подходящих формирователей импульсов для испытания образцов бетона с помощью аппарата разрезного давления Хопкинсона». Строительство и строительные материалы . 125 : 326–336. doi :10.1016/j.conbuildmat.2016.08.045.
• Weiner, AM (2009). Сверхбыстрая оптика. Wiley . ISBN 978-0-471-41539-8.
• "Принципы формирования импульсов" . Получено 10 июня 2013 г.