Ħafna lejżers jippermettu lill-operatur biex jirranġa jew ibiddel it-tul ta 'mewġa tal-ħruġ fil-firxa ta' mewġ UV għal IR kif meħtieġ. Wara d-diskussjoni preċedenti tagħna dwar kif il-lejżers sintonizzabbli huma implimentati, dan l-artikolu jiddiskuti fid-dettall it-tipi u l-applikazzjonijiet ta 'lasers sintonizzati.
L-applikazzjonijiet li jużaw lejżers sintonizzati ġeneralment jaqgħu f'żewġ kategoriji wesgħin: dawk li fihom laser ta 'mewġ fiss b'ħafna line jew b'ħafna line ma jistax jipprovdi t-tul ta' mewġa diskret mixtieqa jew it-tulijiet ta 'mewġ, u dawk li fihom it-tul ta' mewġa tal-lejżer għandhom ikunu kontinwament sintonizzati waqt esperimenti jew testijiet, bħal fl-ispettroskopija u l-esperimenti tal-pomp.
Ħafna tipi ta 'lejżers sintonizzati huma kapaċi jipproduċu mewġa kontinwa sintonizzabbli (CW), nanosekonda, picosecond, jew outputs tal-polz femtosekonda. Il-karatteristiċi tal-ħruġ tagħhom huma ddeterminati mill-mezz tal-qligħ bil-lejżer użat.
Rekwiżit bażiku għal lasers sintonizzabbli huwa li huma kapaċi joħorġu dawl tal-lejżer fuq firxa wiesgħa ta 'tul ta' mewġ. Ottika speċjali tista 'tintuża biex tagħżel tul ta' mewġa speċifika jew faxxa ta 'tul ta' mewġ mill-istrixxa ta 'emissjoni tal-laser intonabbli.
Hemm varjetà ta 'materjali ta' qligħ li kapaċi jipproduċu lejżers sintonizzati, li l-iktar komuni minnhom huma żebgħat organiċi u kristalli taż-żaffir tat-titanju (TI: żaffir). Fil-każ ta 'dawn iż-żewġ materjali ta' qligħ, lejżers ta 'argon jone (AR +) jew lasers ta' neodium-jone-doppju (nd 3+) jintużaw bħala s-sors tal-pompa minħabba l-assorbiment effiċjenti tagħhom ta 'dawl tal-pompa f'madwar 490 nm.
Molekuli taż-żebgħa jistgħu jintużaw biex jipproduċu tulijiet ta 'mewġ fil-firxa ultravjola għal viżibbli (UV-Vis). Madankollu, il-qlib bejn ħafna molekuli ta 'żebgħa differenti huwa meħtieġ biex tinkiseb firxa wiesgħa ta' rfinar, u jagħmel il-proċess pjuttost ingombranti u kumpless. B'kuntrast, lejżers ta 'stat solidu jistgħu jiksbu firxa wiesgħa ta' irfinar bl-użu ta 'materjal ta' qligħ bil-lejżer wieħed biss (eż. Kristalli dielettriċi), u jelimina l-ħtieġa għal bidliet frekwenti taż-żebgħa.
Bħalissa, iż-żaffir tat-titanju ħareġ bħala materjal ta 'qligħ tal-lejżer sintonizzat primarju, bi spettru ta' emissjoni wiesgħa ta '680 sa 1100 nm li jista' jkun sintonizzat kontinwament u produzzjoni li tista 'tkun imqaxxra għall-firxa spettrali UV-VIS jew konvertita' l isfel fir-reġjun spettrali IR. Dawn il-proprjetajiet jippermettu firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet fil-kimika u l-bijoloġija.
Lasers tal-mewġ wieqfa CW sintonizzabbli
Kunċettwalment, il-Laser Wave Standing CW huwa l-aktar arkitettura tal-lejżer l-aktar sempliċi. Tikkonsisti minn mera li tirrifletti ħafna, mezz ta 'qligħ, u mera tal-coupler tal-ħruġ (ara l-Figura 1), li tipprovdi output CW bl-użu ta' varjetà ta 'mezzi ta' qligħ bil-lejżer. Sabiex tinkiseb it-sintonizzazzjoni, il-mezz ta 'qligħ jeħtieġ li jintgħażel biex ikopri l-firxa tat-tul ta' mewġa fil-mira.
Figura 1: Skematiku ta 'laser tal-mewġ standing ibbażat fuq it-titanju taż-żaffir. Huwa muri filtru ta 'l-irfinar birefringenti.
Ħafna żebgħat fluworexxenti jistgħu jintużaw biex jirranġaw it-tul tal-mewġ tal-lejżer mal-firxa mixtieqa. Il-vantaġġ ewlieni tal-lejżers taż-żebgħa huwa l-abbiltà li tkopri firxa wiesgħa ta 'tulijiet ta' mewġ fil-medda UV-vis, iżda l-iżvantaġġ huwa li l-użu ta 'żebgħa waħda / solvent jipprovdi biss kapaċità dejqa ta' rfinar tat-tul ta 'mewġa. B'kuntrast, lejżers taż-żaffir tat-titanju fi stat solidu għandhom il-vantaġġ li jipprovdu firxa wiesgħa ta 'wavelength bl-użu ta' mezz ta 'qligħ wieħed, iżda għandhom l-iżvantaġġ li jkunu jistgħu joperaw biss fil-medda ta' infra-aħmar kważi (NIR) minn 690 sa 1100 nm.
Għaż-żewġ mezzi ta 'qligħ, l-irfinar tat-tul ta' mewġa jinkiseb permezz ta 'elementi ta' stabbilizzazzjoni tat-tul ta 'mewġa passiva. L-ewwel huwa l-filtru tal-birefringenti b'ħafna pjanċi jew filtru tal-lyot. Dan il-filtru jimmodula l-gwadann billi jipprovdi trasmissjoni għolja f'tul ta 'mewġa speċifiku, u b'hekk jisforza l-laser biex jaħdem f'dak it-tul ta' mewġa.
L-irfinar jitwettaq billi ddawwar dan il-filtru birefringent. Għalkemm sempliċi, il-laser tal-mewġ wieqaf CW jippermetti modi tal-lejżer lonġitudinali multipli. Dan jipproduċi wisa 'tal-linja ta' madwar 40 GHz nofs nofs għoli (<1.5 cm-1), which can be a limiting factor for some applications such as Raman spectroscopy. To achieve narrower linewidths, a ring configuration is required.
Lasers taċ-ċirku CW sintonizzabbli
Mill-bidu tas-snin 1980, il-lejżers taċ-ċirku intużaw biex tinkiseb output CW intonabbli permezz ta 'mod lonġitudinali wieħed b'wisa' tal-frekwenza spettrali fil-firxa ta 'kilohertz. Simili għal lasers tal-mewġ wieqfa, lasers taċ-ċirku sintonizzabbli jistgħu jużaw żebgħat u żaffir tat-titanju bħala mezzi ta 'qligħ. Iż-żebgħat huma kapaċi jipprovdu wisa 'tal-linja dojoq ħafna<100 kHz, while titanium sapphire provides linewidths of <30 kHz. Dye lasers have a tuning range of 550 to 760 nm and titanium sapphire lasers have a tuning range of 680 to 1035 nm, and the outputs of both lasers can be frequency-doubled to the UV band.
Skond il-prinċipju ta 'inċertezza ta' Heisenberg, hekk kif id-definizzjoni ta 'l-enerġija ssir iktar preċiża, il-wisa' tal-polz li tista 'tiġi ddeterminata ssir inqas preċiża. Għal lasers CW ta 'mewġ wieqaf, it-tul tal-kavità jiddefinixxi l-ammont ta' enerġija permess bħala mod lonġitudinali diskret. Meta t-tul tal-kavità huwa iqsar, in-numru ta 'modi lonġitudinali permess jiżdied, li jirriżulta f'wisa' tal-linja ta 'ħruġ usa' u inqas definita.
Fil-konfigurazzjoni taċ-ċirku, il-kavità tal-lejżer tista 'titqies bħala kavità infinitament twila u l-enerġija tista' tiġi definita b'mod preċiż. Mod lonġitudinali wieħed biss huwa preżenti fil-kavità. Sabiex jinkisbu kundizzjonijiet ta 'tħaddim b'modalità waħda, diversi elementi ottiċi huma speċjalment meħtieġa (ara Fig. 2).
Figura 2: Tqassim ottiku ta 'laser żaffir tat-titanju b'forma ta' ċirku b'kavità ta 'referenza esterna.
L-ewwel, iżolatur Faraday jiddaħħal fil-kavità biex jiżgura li l-fotoni tal-intrakavità dejjem isegwu l-istess triq. Tagħmir standardizzat intrakavità jintuża biex jitnaqqas aktar il-wisa 'tal-linja tal-ħruġ. B'differenza mill-kavitajiet tal-lejżer tal-mewġ wieqfa, m'hemm l-ebda mirja tat-tarf fil-konfigurazzjoni taċ-ċirku. Il-fotoni jiċċirkolaw kontinwament fil-kavità tal-lejżer. It-tieni, it-tul tal-kavità għandu jkun stabbilizzat biex jikkoreġi għal kwalunkwe tibdil mekkaniku kkawżat minn varjazzjonijiet ambjentali bħas-sħana jew il-vibrazzjoni.
Sabiex jinkisbu wisa 'tal-frekwenza spettrali ultra-razza, il-kavità tista' tiġi stabbilizzata bl-użu ta 'wieħed minn żewġ metodi: metodu wieħed juża mirja mekkaniċi mmexxija mill-pjeżoelettriċi biex jistabbilizza t-tul tal-kavità b'ħin ta' rispons fil-firxa kilohertz, u l-metodu l-ieħor juża l-modulaturi elettro-ottiċi (EO) biex jiksbu ħinijiet ta 'rispons fil-medda Megahertz. Bosta setups speċjalizzati tal-laboratorju wrew li l-wisa 'tal-frekwenza spettrali jista' jitkejjel f'Hertz. Il-fattur ewlieni fid-determinazzjoni tar-riżoluzzjoni spettrali tal-kavità taċ-ċirku huwa l-kavità ta 'referenza tal-frekwenza esterna. Kif muri fil-Figura 2, kavità ta 'referenza tintuża biex tiġġenera s-sinjal meħtieġ biex tistabbilizza t-tul tal-kavità tal-lejżer. Din il-kavità ta 'referenza esterna għandha tkun iżolata minn varjazzjonijiet ambjentali kkawżati minn temperatura, vibrazzjonijiet mekkaniċi, u ħoss akustiku. Il-kavità ta 'referenza għandha tkun separata sew mill-kavità tal-lejżer taċ-ċirku nnifisha biex tevita l-akkoppjar mhux intenzjonat bejn it-tnejn. Is-sinjal ta 'referenza huwa pproċessat bl-użu tal-metodu tal-lira-dever-hall.
Lejżers kważi-kontinuum maqtugħin bil-mod
Għal ħafna applikazzjonijiet, il-karatteristiċi temporali definiti b'mod preċiż tal-produzzjoni tal-lejżer huma iktar importanti mill-enerġija definita b'mod preċiż. Fil-fatt, il-kisba ta 'impulsi ottiċi qosra tirrikjedi konfigurazzjoni tal-kavità li fiha ħafna modi lonġitudinali jidħlu fl-istess ħin. Meta dawn il-modi lonġitudinali li jiċċirkolaw għandhom relazzjoni ta 'fażi fissa fil-kavità tal-lejżer, il-laser huwa msakkar bil-mod. Dan jirrealizza polz wieħed li joxxilla fil-kavità b'perjodu definit mit-tul tal-kavità tal-lejżer.
Il-modalità attiva tista 'tinkiseb bl-użu ta' modulatur akusto-ottiku (AOM) jew modalità passiva li tissakkar permezz ta 'lenti KERR. L-ewwel, li sar aktar popolari fis-snin 1980, juża l-AOM intracavity bħala shutter temporanju li jiftaħ u jagħlaq nofs il-frekwenza tat-tul tal-kavità. Impulsi ta 'mijiet ta' picoseconds jistgħu jinkisbu bl-użu ta 'dan il-metodu. Fl-aħħar ftit deċennji, l-applikazzjonijiet xjentifiċi kienu jeħtieġu riżoluzzjoni temporali mtejba u għalhekk impulsi iqsar.
Lejżers taż-żebgħa ppumpjati b'mod sinkroniku jipprovdu metodu vijabbli biex jirranġaw it-tul ta 'mewġa taċ-ċentru u jqassru l-polz ottiku b'ordni ta' kobor (għal għexieren ta 'picoseconds). Biex twettaq dan, il-kavità tal-lejżer taż-żebgħa għandu jkollha l-istess tul tal-kavità bħall-laser tal-pompa msakkra bil-mod. Il-impulsi tal-lejżer tal-pompa u taż-żebgħa jiltaqgħu fil-mezz tal-qligħ biex jipproduċu radjazzjoni eċċitata mill-molekuli taż-żebgħa. Il-ħruġ tal-lejżer huwa stabbilizzat billi jiġi aġġustat it-tul tal-kavità tal-lejżer taż-żebgħa. Konfigurazzjonijiet ta 'ppumpjar sinkronizzati jistgħu jintużaw ukoll biex isuqu oxxillaturi parametriċi ottiċi (OPOS) (diskussi hawn taħt).
Il-laser imsakkar fil-modalità taż-żaffir tat-titanju huwa eżempju ta 'modalità tal-lenti Kerr passiva (ara l-Figura 3). F'dan l-approċċ, l-impulsi huma ġġenerati permezz ta 'modulazzjoni ta' qligħ u l-indiċi ta 'rifrazzjoni ta' żaffir tat-titanju jiddependi fuq l-intensità.
Fil-prinċipju, hekk kif il-polz jinfirex permezz tal-mezz ta 'qligħ, l-intensità tal-quċċata hija ogħla fil-preżenza tal-polz. Dan joħloq lenti passiva li tiffoka r-raġġ tal-polz b'mod aktar strett u estratt il-gwadann b'mod aktar effiċjenti sakemm ma jkun hemm l-ebda qligħ biex tappoġġja r-reżonanza simultanja tal-modi CW fil-kavità. Il-perturbazzjonijiet mekkaniċi għall-kavità jintużaw biex jikkaġunaw spikes ta 'intensità biex jibdew l-illokkjar tal-mod. Dan l-approċċ ippermetta liż-żaffir tat-titanju jipproduċi impulsi qosra daqs 4 fs.
Figura 3: Fil-lejżer taż-żaffir tat-titanju msakkar bil-mod, it-tul ta 'mewġa taċ-ċentru huwa sintonizzat billi tiċċaqlaq il-qasma ta' l-irfinar li tinsab bejn iż-żewġ priżmi dispersivi.
Ta 'min jinnota li wisa' tal-frekwenza ta 'aktar minn 300 nm jistgħu jiġu kkombinati f'puls wieħed. Skond il-prinċipju ta 'inċertezza ta' Heisenberg, impulsi iqsar jeħtieġu aktar modi lonġitudinali. Għalhekk, il-kavità tal-lejżer għandu jkollha kumpens ta 'tixrid suffiċjenti mill-ottika tal-kavità biex iżżomm ir-relazzjoni tal-fażi meħtieġa għall-illokkjar tal-mod stabbli. Kif muri fil-Figura 3, il-priżmi li jikkumpensaw huma miżjuda mal-kavità biex tiżgura relazzjoni ta 'fażi kostanti. Bl-użu ta 'dan il-metodu, il-pulsazzjonijiet qosra sa 20 fs jistgħu jinkisbu. Sabiex jiġu prodotti impulsi iqsar, tixrid ta 'ordni ogħla għandu wkoll jiġi kkumpensat. Dan il-kumpens jinkiseb bl-użu ta 'lenti chirp ottika biex tinżamm ir-relazzjoni tal-fażi meħtieġa għal modalità stabbli.
Peress li l-modalità tal-modalità tal-lenti chirped hija l-iktar effettiva b'impulsi iqsar (intensità ogħla), dan il-metodu huwa primarjament adattat għall-ġenerazzjoni ta 'impulsi femtosekondi. Fil-medda ta '100 fs ~ 100 ps, jista' jintuża metodu ibridu msejjaħ modalità riġenerattiva. Dan il-metodu juża l-intrakavità AOM u l-effett KERR. Il-frekwenza tas-sewqan AOM hija derivata minn kejl f'ħin reali tal-frekwenza tar-ripetizzjoni tal-kavità, u l-amplitudni tagħha tiddependi fuq it-tul tal-polz. Hekk kif il-wisa 'mixtieqa tal-polz tiżdied u l-effett KERR jonqos, l-amplitudni AOM stabbilizzata tiżdied biex tappoġġja l-illokkjar tal-mod. Bħala riżultat, l-illokkjar tal-mod riġenerattiv jista 'jipprovdi produzzjoni stabbli u sintonizzabbli fuq firxa wiesgħa ta '20 fs sa 300 ps bl-użu ta' sistema tal-lejżer waħda.
Fl-aħħar tad-disgħinijiet, il-modalità riġenerattiva ppermettiet l-ewwel laser ta 'sapphire tat-titanju kkontrollat mill-kompjuter kollu, wieħed. Din l-innovazzjoni għamlet it-teknoloġija aktar aċċessibbli għal firxa usa 'ta' riċerkaturi u applikazzjonijiet. L-avvanzi fl-immaġini multiphoton ġew immexxija fil-parti l-kbira minn avvanzi teknoloġiċi. Pulsi tal-lejżer femtosekonda issa huma disponibbli għal bijoloġisti, newroxjentisti u tobba. Għadd ta 'avvanzi teknoloġiċi saru matul is-snin li wasslu għall-użu ġenerali tal-lejżers taż-żaffir tat-titanju fil-bioimaging.
LASERS ULTRAFAST YTTERBIUM
Minkejja l-utilità wiesgħa tal-lejżers taż-żaffir tat-titanju, xi esperimenti ta 'bioimaging jeħtieġu tulijiet ta' mewġ itwal. Proċessi tipiċi ta 'assorbiment b'żewġ fotoni huma eċċitati minn fotoni f'tul ta' mewġa ta '900 nm. Minħabba li tulijiet ta 'mewġ itwal ifissru inqas tifrix, tulijiet ta' mewġ itwal ta 'eċċitazzjoni jistgħu jmexxu b'mod aktar effettiv esperimenti bijoloġiċi li jeħtieġu fond ta' immaġini aktar fil-fond.
Huwa wkoll kritiku li jiġi kkunsidrat it-tul ta 'mewġa tal-fotoni fluworexxenti sussegwenti taż-żebgħa mwaħħla mal-kampjun bijoloġiku. It-tul ta 'mewġa ta' fotoni fluworexxenti bħal dawn huwa tipikament fil-medda 450 sa 550 nm, li hija aktar suxxettibbli għat-tifrix. Għalhekk, diversi markaturi fluworexxenti ġew żviluppati li jassorbu progressivament tulijiet ta 'mewġ infra-aħmar. Biex tissodisfa dan ir-rekwiżit, l-industrija żviluppat OPO all-in-one, ikkontrollat mill-kompjuter, ippumpjat b'mod sinkroniku mmexxi minn laser Ytterbium ta '1045 nm b'tul ta' mewġ tal-ħruġ fil-medda ta '680 sa 1300 nm. Għal immaġini multiphoton, din l-arkitettura toffri alternattiva ta 'prestazzjoni sinifikament ogħla għal lasers taż-żaffir tat-titanju.
Amplifikaturi ultraveloċi
L-eżempji ta 'hawn fuq jipproduċu impulsi ultraveloċi fil-firxa ta' enerġija nano-joule (NJ). Madankollu, ħafna applikazzjonijiet jeħtieġu sorsi ta 'dawl sintonizzati b'enerġija ogħla. Peress li l-konverżjoni tat-tul ta 'mewġa hija proċess mhux lineari, l-effiċjenza tiddependi fuq l-enerġija disponibbli. Għal dawn l-applikazzjonijiet, diversi tekniki jistgħu jintużaw biex tiżdied l-enerġija u t-sintonizzazzjoni tal-lejżers ultraveloċi.
L-amplifikazzjoni ta 'impulsi ultraveloċi tista' tinqasam f'żewġ kategoriji ewlenin: amplifikazzjoni b'ħafna stadji u amplifikazzjoni riġenerattiva. L-ewwel għandu l-vantaġġ li enerġiji għoljin ħafna (100 MJ) jistgħu jinkisbu b'input baxx ħafna, iżda l-pass ripetut mill-istadju ta 'amplifikazzjoni jiddegrada l-kwalità tar-raġġ tal-ħruġ. Għalhekk, amplifikazzjoni riġenerattiva hija l-metodu preferut għall-ġenerazzjoni ta 'enerġiji tal-polz fuq l-iskala tal-microjoule (µJ) jew Millijoule (MJ).
B'mod ġenerali, l-amplifikazzjoni tal-polz ultraveloċi tinkiseb permezz ta 'metodi ta' amplifikazzjoni tal-polz imqattgħin (ara Fig. 4). Il-proċess jibda b'osċillatur imsakkar bil-modalità bi tul ta 'polz femtosekonda, jiġifieri, laser taż-żerriegħa. Huwa kritiku li l-lejżer taż-żerriegħa jkollu biżżejjed bandwidth sabiex it-tul tal-polz ikun jista 'jiġi mġebbed jew imqaxxar fil-ħin. Chirping ottiku jseħħ bħala riżultat ta 'kuluri differenti ta' dawl, li jivvjaġġaw permezz tal-materjal ottiku b'veloċità differenti. B'mod ġenerali, dawl aħmar jivvjaġġa aktar malajr mid-dawl blu. Pereżempju, ħakk ta 'twessigħ jintroduċi dawl aħmar imqaxxar b'mod pożittiv qabel id-dawl blu biex jissepara l-komponenti tat-tul tal-mewġ fil-ħin u l-ispazju. It-twessigħ tal-polz huwa meħtieġ biex titnaqqas il-qawwa tal-quċċata qawwija ta 'impulsi femtosekondi fuq skala millijoule. Wara t-twessigħ, impulsi ta 'kważi 300 ps huma diretti lejn il-kavità tal-lejżer riġenerattiva tat-tieni stadju. L-aħħar pass huwa li tuża t-tieni ħakk biex tintroduċi chirp negattiv u tibni mill-ġdid il-polz amplifikat. Il-proċess kollu jidher fil-Fig. 4.
Figura 4: Amplifikazzjoni tal-polz imqattgħin
Illum, il-biċċa l-kbira tal-amplifikaturi riġenerattivi jużaw żaffir tat-titanju, iżda mezzi oħra ta ’qligħ (eż. Ytterbium) qed isiru dejjem aktar popolari. Biż-żewġ mezzi ta 'qligħ, l-amplifikaturi għandhom tunwabbiltà relattivament dejqa, bi żaffir tat-titanju għandu firxa ta' rfinar ta 'madwar 780 sa 820 nm, li tillimita l-utilità tagħhom f'applikazzjonijiet ta' spettroskopija. Biex tingħeleb din il-limitazzjoni, hemm diversi metodi ta 'konverżjoni ta' frekwenza.
Il-konverżjoni tal-frekwenza armonika, huwa l-aktar mod sempliċi biex tirranġa t-tul ta 'mewġa ta' sistema ta 'amplifikatur ultraveloċi jew ultrafast. Fil-prinċipju, il-fotoni inċidentali huma up converted għal numru sħiħ tal-frekwenza fundamentali. Għal żaffir tat-titanju (firxa fundamentali ta 'l-irfinar ta' 700 ~ 1000 nm), il-firxa ta 'l-irfinar tat-tieni armoniku hija 350 ~ 500 nm, it-tielet armoniku huwa 233 ~ 333 nm, u r-raba' armoniku huwa 175 ~ 250 nm. Fil-prattika, minħabba assorbiment mill-kristalli armoniċi, l-irfinar tar-raba 'armoniku huwa limitat għal 200 nm. Għal applikazzjonijiet li jeħtieġu tul ta 'mewġa barra minn din il-firxa, il-parametru għal applikazzjonijiet li jeħtieġu tulijiet ta' mewġ lil hinn minn din il-firxa, huma meħtieġa għażliet ta 'konverżjoni tal-parametri.
OPO u OPA UltraFast
Għalkemm il-ħruġ tal-polz ultraveloċi jista 'jiġi mmultiplikat jew saħansitra ttrippla, il-firxa ta' l-irfinar ta '700 sa 1000 nm tat-titanju jħalli vojt fit-tul ta' mewġa fir-reġjuni spettrali UV-vis u IR. Għal esperimenti li jirrikjedu impulsi ultraveloċi b'tul ta 'mewġ "f'dawn ir-reġjuni" vojta ", hija meħtieġa konverżjoni' l isfel tal-parametri. Dan il-metodu jikkonverti foton ta 'enerġija għolja f'żewġ fotoni b'enerġija baxxa: foton tas-sinjal u foton idler (ara l-Figura 5).
Figura 5: Skematiku tal-konverżjoni parametrika.
Id-distribuzzjoni tal-enerġija bejn dawn iż-żewġ fotoni tista 'tiġi kkonfigurata mill-utent. F'konfigurazzjoni parametrika tipika bbażata fuq żaffir tat-titanju, il-foton inċidentali f'tul ta 'mewġa ta' 800 nm, jista 'jkun sintonizzat kontinwament minn madwar 1200 nm sa 2600 nm. Peress li l-konverżjoni' l isfel hija proċess mhux lineari, l-effiċjenza tal-konverżjoni, l-effiċjenza tal-konverżjoni tista 'ssir kwistjoni. Biex tingħeleb din il-limitazzjoni, oxxillatur parametriku ottiku (OPO) jintuża fil-livell ta 'enerġija nanofokali u amplifikatur parametriku ottiku (OPA) jintuża fil-livell ta' enerġija millifokali.
Fil-kavità tal-OPO, id-dawl jikkonsisti minn polz qasir li jinfirex 'il quddiem u lura mill-kavità. Madankollu, b'differenza mill-konfigurazzjoni tal-lejżer taż-żebgħa deskritta hawn fuq, il-mezz ta 'attivazzjoni huwa kristall mhux lineari u ma jaħżenx qligħ. Il-kristall OPO jikkonverti fotoni biss fil-preżenza ta' polz tal-pompa. It-tħaddim b'suċċess ta 'OPO ultraveloċi jirrikjedi li l-impulsi mis-sors tal-pompa jaslu fil-kristall fl-istess ħin bħall-fotoni wieqfa u tas-sinjal li jiċċirkolaw madwar il-kavità tal-OPO. Fi kliem ieħor, laser taż-żaffir tat-titanju ta 'mewġ fiss u OPO ultraveloċi għandu jkollhom eżattament l-istess tul tal-kavità.
It-tqassim ta 'OPO ultraveloċi tipiku huwa muri fil-Figura 6. It-tqabbil tal-fażi u t-tul tal-kavità jagħżel awtomatikament it-tul ta' mewġa mixtieq u jiżgura li l-ħin tal-vjaġġ bir-ritorn intrakavità għal dak it-tul ta 'mewġa jinżamm fi 80 MHz, li huwa l-istess bħal għal laser tal-pompa Sapphire tat-titanju. F'dan l-eżempju, l-OPO huwa mmexxi mit-tieni armoniku tal-laser tal-pompa taż-żaffir tat-titanju. Ir-raġġ ta '400 nm li jirriżulta jipproduċi outputs ta' sinjal u loiter b'kopertura ta 'tul ta' mewġa totali ta '490 sa 750 nm (output tas-sinjal) u 930 nm sa 2.5 µm (output Loiter), b'wisa' tal-polz ta 'inqas minn 200 fs. Meta kkombinat mal-firxa ta 'l-irfinar tat-Titanium Sapphire Fundamental ta' 690 sa 1040 nm, is-sistema tkopri firxa ta 'tul ta' mewġa ta '485 nm sa 2.5 µm. firxa. Applikazzjonijiet tipiċi jinkludu studji ta 'soliton, spettroskopija vibrazzjonali solvuta fil-ħin u esperimenti ta' sonda ta 'pompa ultrafast.
Figura 6: F'osċillatur parametriku ottiku ppumpjat b'mod sinkroniku (OPO), it-tul ta 'mewġa taċ-ċentru huwa varjat billi jiġi aġġustat l-angolu li jaqbel mal-fażi tal-kristall mhux lineari.
L-OPA juża l-istess proċess ottiku mhux lineari, iżda minħabba li l-polz tal-pompa għandu qawwa tal-quċċata ogħla, reżonatur ottiku mhuwiex meħtieġ għal konverżjoni ta 'tul ta' mewġa effiċjenti. Porzjon żgħir tar-raġġ mill-amplifikatur ultraveloċi huwa ffokat fuq pjanċa żaffir biex jipproduċi spettru ta 'kontinwu tad-dawl abjad. L-ispettru tal-kontinwum tad-dawl abjad jinżergħu fi kristall OPA (ġeneralment kristall tal-barju tal-barju) u ppumpjat mal-bqija tar-raġġ tal-amplifikatur ultrafast. Pass wieħed tar-raġġ minn ġol-OPA jipproduċi ordni ta 'kobor amplifikat sinjal u dawl mitluq. It-tul ta 'mewġa taċ-ċentru tad-dawl tal-ħruġ huwa kkontrollat mill-ġdid mill-kundizzjonijiet tat-tqabbil tal-fażi tal-kristall, u l-wisa' tal-frekwenza spettrali huwa ġeneralment determinat mill-wisa 'tal-frekwenza tar-raġġi tal-pompa u taż-żerriegħa jew il-wisa' tal-frekwenza riċevuta tal-kristall.
Din l-OPA tista 'topera fil-firxa femtosekonda jew picosecond b'enerġiji sa ftit millijoules għal kull polz. F'dawn il-livelli ta 'enerġija, is-sinjal li jirriżulta u d-dawl idler jistgħu jiġu kkonvertiti għall-armoniċi tagħhom jew b'somma u / jew minn taħlit ta' frekwenza tad-differenza.
L-OPAs ippumpjati b'enerġiji tal-polz millijoule huma kapaċi jiġġeneraw fotoni mill-ultravjola profonda ta '190 nm għar-reġjun spettrali infra-aħmar' il bogħod. Dawn l-apparati jiffaċilitaw ħafna applikazzjonijiet spettroskopiċi bħal spettroskopija ta 'assorbiment temporanju, up converżjoni ta' fluworexxenza, spettroskopija infra-aħmar 2D, u ġenerazzjoni armonika għolja.
Konklużjoni
Lejżers sintoniċi issa jintużaw f'ħafna applikazzjonijiet importanti li jvarjaw minn riċerka bażika tax-xjenza sal-manifattura tal-lejżer u x-xjenzi tal-ħajja u tas-saħħa. Il-firxa ta 'teknoloġiji disponibbli bħalissa hija vasta. Tibda b'sistemi sempliċi ta 'CW sintonizzabbli, il-wisa' tal-linja dojoq tagħhom jistgħu jintużaw għal spettroskopija b'riżoluzzjoni għolja, insib molekulari u atomiku, u esperimenti ta 'ottika kwantistika, li jipprovdu informazzjoni kritika lil riċerkaturi moderni.
Sistemi ta 'amplifikaturi ultraveljar aktar sofistikati jużaw impulsi tal-lejżer b'enerġija għolja, picosecond u femtosekonda biex jipproduċu produzzjoni tal-lejżer fil-faxex UV għal ħomor. Dawn il-lejżers ultraveloċi huma kritiċi biex jifhmu l-fiżika ta 'enerġija għolja, armoniċi għoljin, u spettroskopija temporanja. Il-firxa wiesgħa ta 'l-irfinar tfisser li l-istess sistema tal-lejżer tista' tintuża biex tistudja firxa infinita ta 'esperimenti fi spettroskopija elettronika u vibrazzjonali. Il-manifatturi tal-lejżer tal-lum joffru soluzzjonijiet tat-tip one-stop-shop, li jipprovdu riżultati bil-lejżer li jkopru aktar minn 300 nm fil-firxa tal-enerġija nanofokali. Sistemi aktar sofistikati jkopru firxa spettrali impressjonalment wiesgħa ta '200 sa 20, 000 NM fil-firxiet ta' enerġija microfocus u Millifocus.
