Femtosekundové tvarování pulzu - Femtosecond pulse shaping

v optika, tvarování femtosekundového pulzu označuje manipulace s dočasným profilem ultrakrátký laserový puls. Pulzní tvarování lze použít ke zkrácení / prodloužení doby trvání optického pulzu nebo ke generování komplexních pulsů.

Úvod

Obr. 1: Schéma pulzního tvarovače

Generování sekvencí ultrakrátkých optických impulzů je klíčem k realizaci ultravysokorychlostních optických sítí, systémů optického kódového dělení s více přístupy (OCDMA), spouštění a monitorování chemických a biologických reakcí atd. Na základě požadavku mohou být tvarovače impulzů navrženy tak, aby se natahovaly, komprimovaly nebo vyprodukovat sled impulzů z jediného vstupního impulzu. Schopnost vytvářet sledy pulzů s femtosekundovým nebo pikosekundovým oddělením znamená přenos optické informace při velmi vysokých rychlostech.

v ultrarychlý laser vědecké pulzní tvarovače se často používají jako doplněk pulzní kompresory za účelem jemného doladění disperzní kompenzace vysokého řádu a dosažení omezené transformací několik cyklů optické impulsy.^[1]

Techniky

Pulzní tvarovač lze vizualizovat jako modulátor. Vstupní impuls se vynásobí modulační funkcí, aby se získal požadovaný výstupní puls. Modulační funkce v impulsních tvarovačích může být v časové doméně nebo ve frekvenční doméně (získaná Fourierovou transformací časového profilu pulzu). Aplikace techniky přímého tvarování pulzu na femtosekundové časové stupnici však čelí stejnému problému jako přímá femtosekundové měření pulzu: omezení rychlosti elektroniky.^[2] Michelsonův interferometr lze považovat za přímý tvarovač pulzů čas od času, protože poloha pohybujícího se zrcadla se přímo přenáší na mezipulzní zpoždění výstupního páru impulsů.

Formování pulzu pomocí Fourierovy transformace

Ultrakrátký puls s dobře definovaným elektrickým polem ${displaystyle E (t)}$ lze upravit příslušným filtr působící ve frekvenční oblasti. Matematicky je puls Fourier se transformoval, filtrováno a zpětně transformováno, aby poskytlo nový puls:

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

Je možné navrhnout optické nastavení s funkcí libovolného filtru ${displaystyle f (omega)}$ které lze hodnotit komplexně, pokud ${displaystyle | f (omega) | leq 1}$ . Obrázek 1 ukazuje, jak by mohl být pulz s omezenou šířkou pásma přeměněn na a cvrlikal puls (s filtrem působícím pouze na fáze ) nebo do složitějšího pulzu (s filtrem působícím jak na fázi, tak na amplituda ).

Design

Lze rozlišit tvarovače pulzů FT podle jejich optického provedení: tj. Kolineární tvarovače a příčné tvarovače a podle jejich programovatelnosti, tj. Statické (nebo ručně nastavitelné) tvarovače a programovatelné tvarovače.^[3]

Příklady

Kolineární statická: šíření v disperzní střední, cvrlikající zrcadlo
Kolineární programovatelné: AOPDF
Příčná statická: pulzní natahovač / kompresor (pro tvarování amplitudy lze přidat statickou masku ve Fourierově rovině)
Příčné programování: modulátor prostorového světla vloženo do a linka s nulovým rozptylem^[4]

Viz také

Multiphotonové intrapulzní interferenční fázové skenování (MIIPS), metoda k charakterizaci a manipulaci ultrakrátkého pulzu
Akustooptický programovatelný disperzní filtr (AOPDF), kolineární paprskový akustooptický modulátor schopný tvarovat spektrální fázi a amplitudu ultrakrátkých laserových pulsů
Cvrlikající zrcadlo

Poznámky

^ Hagemann, Franz; Gause, Oliver; Wöste, Ludger; Siebert, Torsten (2013). „Superkontinuální tvarování pulzu v režimu několika cyklů“. Optika Express. 21 (5): 5536–5549. Bibcode:2013Odpr. 21.5536H. doi:10.1364 / OE.21.005536. PMID 23482125.
^ Diels, Jean-Claude; Rudolph, Wolfgang (2006). "Pulzní tvarování". Ultrakrátké laserové pulzní jevy. Burlington: Akademický tisk. 433–456. ISBN 978-0-12-215493-5.
^ Monmayrant, Antoine; Weber, Sébastien; Chatel, Béatrice (2010). „Průvodce nově příchozího k ultrakrátkému tvarování a charakterizaci pulzu“ (PDF). Journal of Physics B. 43 (10): 103001. Bibcode:2010JPhB ... 43j3001M. doi:10.1088/0953-4075/43/10/103001.
^ Weiner, A. M. (2000). "Femtosekundové tvarování pulzu pomocí modulátorů prostorového světla". Recenze vědeckých přístrojů. 71 (5): 1929–1960. Bibcode:2000RScI ... 71,1929 W.. doi:10.1063/1.1150614.

Další čtení

Alireza Bagher Shemirani; Naghdabadi, R .; Ashrafi, M.J. (2016). "Experimentální a numerická studie výběru správných tvarovačů pulzu pro testování konkrétních vzorků děleným Hopkinsonovým tlakovým barem". Stavební a stavební materiály. 125: 326–336. doi:10.1016 / j.conbuildmat.2016.08.045.
Weiner, A. M. (2009). Ultrarychlá optika. Wiley. ISBN 978-0-471-41539-8.
„Principy tvarování pulzů“. Citováno 10. června 2013.

[1] Hagemann, Franz; Gause, Oliver; Wöste, Ludger; Siebert, Torsten (2013). „Superkontinuální tvarování pulzu v režimu několika cyklů“. Optika Express. 21 (5): 5536–5549. Bibcode:2013Odpr. 21.5536H. doi:10.1364 / OE.21.005536. PMID 23482125.

[2] Diels, Jean-Claude; Rudolph, Wolfgang (2006). "Pulzní tvarování". Ultrakrátké laserové pulzní jevy. Burlington: Akademický tisk. 433–456. ISBN 978-0-12-215493-5.

[3] Monmayrant, Antoine; Weber, Sébastien; Chatel, Béatrice (2010). „Průvodce nově příchozího k ultrakrátkému tvarování a charakterizaci pulzu“ (PDF). Journal of Physics B. 43 (10): 103001. Bibcode:2010JPhB ... 43j3001M. doi:10.1088/0953-4075/43/10/103001.

[4] Weiner, A. M. (2000). "Femtosekundové tvarování pulzu pomocí modulátorů prostorového světla". Recenze vědeckých přístrojů. 71 (5): 1929–1960. Bibcode:2000RScI ... 71,1929 W.. doi:10.1063/1.1150614.

[1]

[2]

[3]

[4]