커렌스 모델러킹

Kerr-lens modelocking

커-렌즈 모드 잠금(KLM)은 비선형 광학 커 효과를 통해 레이저를 모드를 잠그는 방식이다.이 방법은 몇 펨토초 정도의 짧은 지속시간을 가진 빛의 파동을 발생시킬 수 있다.

광학 커 효과는 전자기파의 전기장에 대한 광학 매체의 비선형 응답에서 비롯되는 과정이다.매질의 굴절률은 전계 강도에 따라 달라진다.[1]

하드 애퍼처 커-렌즈 모델러킹 원리
부드러운 조리개 커-렌즈 모델록.크리스털 내부에서 외부로:녹색=펌프, 파랑=펄스 빛, 적색=연속파

가우스 빔의 불균일한 출력 밀도 분포로 인해(레이저 공명기에서 확인됨) 굴절 지수는 빔 프로필 전체에서 변화한다. 빔이 경험하는 굴절률은 가장자리보다 빔의 중심에서 더 크다.따라서 활성 커 중량의 막대기는 고강도 조명을 위한 렌즈 역할을 한다.이를 자기집중이라고 하며 극단적인 경우에는 물질적 파괴로 이어진다.레이저 캐비티에서 짧은 빛의 파열은 연속파와는 다르게 초점이 맞춰질 것이다.

연속파보다 펄스 모드를 선호하기 위해 연속파 작동을 위해 공동이 불안정해질 수 있지만, 낮은 안정성은 조리개 효과에 중점을 둔 공동 설계의 부산물이다.오래된 디자인은 단순히 잘라내는 딱딱한 조리개를 사용했고, 현대 디자인은 부드러운 조리개를 사용했는데, 이는 게인 매질의 펌프된 부위와 맥박 사이의 중첩을 의미한다.렌즈가 프리 레이저 빔에 미치는 영향은 매우 명백하지만, 충치 안에서는 전체 빔이 이러한 변화에 적응하려고 시도한다.레이저 결정의 평평한 거울과 열 렌즈가 있는 표준 캐비티는 끝-미러에서 빔 폭이 가장 작다.커 렌즈를 추가하면 엔드 미러의 폭이 더욱 작아진다.따라서 작은 엔드 미러(하드 미러)는 펄스를 선호한다.Ti:Sapfire 진동자 망원경을 수정 주위에 삽입하여 강도를 높인다.

부드러운 구멍의 경우 열 렌즈가 있는 무한 레이저 크리스털을 고려하십시오.레이저 광선은 유리섬유처럼 유도된다.커 렌즈를 추가하면 빔 폭이 작아진다.진짜 레이저에서는 결정이 유한하다.양쪽의 구멍에는 오목한 거울이 있고, 평평한 거울로 가는 비교적 긴 길이 있다.연속파 빛은 더 큰 빔 폭과 약간의 차이가 있는 수정 끝 면을 빠져나간다.오목거울 위에 작은 영역을 비추고, 평평한 거울로 가는 길에 작은 보폭으로 이어진다.따라서 회절은 더 강하다.그 발산 때문에 빛은 더 멀리 떨어진 지점에서 효과적으로 나오고 오목 거울 다음에 더 많은 수렴을 이끈다.이 융합은 회절과 균형을 이룬다.펄스 빛은 빔 폭은 더 작고 발산되지 않은 채 끝면을 빠져나간다.따라서 오목 거울에 더 큰 영역을 비추고 그 후에는 수렴이 덜 된다.그래서 연속적인 파도와 펄스 빛의 전선은 그들 자신에게 다시 미러링된다.공초점에 가까운 충치는 불안정성에 가깝다는 것을 의미하며, 이는 빔 직경이 충치 변화에 민감하다는 것을 의미한다.이것은 변조를 강조한다.약간 비대칭적인 캐비티가 연장되면 회절을 강조하고 연속파 동작에 불안정한 반면 맥동 동작에 안정감을 유지한다.

KLM에 사용되는 매체의 길이는 그룹 속도 분산에 의해 제한된다.KLM은 캐리어 엔벨롭 오프셋 제어에 사용된다.

커-렌즈 모델 고정 레이저 시작

커-렌즈 모델 로킹의 시작은 관련된 비선형 효과의 강도에 따라 달라진다.레이저 장이 캐비티 안에 쌓이면 레이저가 연속파 작동 영역을 극복해야 하는데, 이는 종종 펌핑 메커니즘에 의해 선호된다.이는 레이저장 강도의 작은 변화(레이저장 축적 또는 확률적 변동)로 인해 모델록할 만큼 강한 커렌징을 통해 달성할 수 있다.

모델ocking은 공진기 공동의 엔드 미러(피에조 장착, 동기식 발진식 엔드 미러가 더 '턴 키'가 될 수 있지만)를 차서 전력 밀도를 변경하면서 연속파 작동에서 펄스 작동으로 최적 포커스를 이동함으로써 시작할 수도 있다.다른 원리는 포화형 흡수기와 포화형 Bragg 반사체와 같이 서로 다른 비선형 효과를 포함하며, 이는 커렌징 프로세스를 시작할 수 있을 만큼 짧은 펄스를 유도한다.

Modelocking – 펄스

길이가 나노초인 강도 변화는 커렌싱 프로세스에 의해 증폭되고 맥박의 중심에서 더 높은 장 강도를 얻기 위해 맥박은 더욱 축소된다.이러한 선명화 과정은 오직 레이저 재료로 달성할 수 있는 대역폭과 캐비티 미러 및 캐비티 분산에 의해서만 제한된다.주어진 스펙트럼으로 달성할 수 있는 최단 펄스를 대역폭 제한 펄스라고 한다.

처프드 미러 기술은 안정성이 높고 손실이 적은 상태에서 재료 분산으로 인한 캐비티 내 다른 파장의 타이밍 불일치를 보정할 수 있다.

커 효과가 커렌스와 셀프 위상 변조를 동시에 이끈다.첫 번째 근사치로는 독립 효과로 간주할 수 있다.

적용들

커-렌즈 모델록팅은 전기장에 직접 반응하는 효과인 만큼, 길이가 5펨토초 미만인 가시 적외선 및 근거리 적외선에서 광 펄스를 생성할 수 있을 만큼 반응 시간이 빠르다.전기장 강도가 높아 전자이온 결합의 전기장 강도를 능가하는 10Wcm의14−2 문턱을 넘을 수 있다.

이러한 짧은 펄스는 초고속 광학이라는 새로운 분야를 열게 되는데, 이는 원자 내 전자 이동 측정(attosecond 현상), 일관성 있는 광대역 광 생성(초고속 레이저)과 같은 전혀 새로운 종류의 현상에 접근할 수 있는 비선형 광학 분야로서 광학 감지 분야에서 많은 새로운 응용을 낳게 한다.(예: 일관성 있는 레이저 레이더, 초고해상도 광학 일관성 단층 촬영), 재료 처리 및 측정학 같은 기타 분야(대개 정확한 주파수 및 시간 측정)

참조 및 참고 사항

  1. ^ Vaziri, M R R (2015-12-15). "Comment on "Nonlinear refraction measurements of materials using the moiré deflectometry"". Optics Communications. 357: 200–201. Bibcode:2015OptCo.357..200R. doi:10.1016/j.optcom.2014.09.017.
  1. D. E. 스펜스, P. N. Kean, W. Sibbett, Opt.상트 16, 42(1991)
  2. M. Piche, Opt.코뮌.86, 156(1991).
  3. B. 프록터, E.웨스트위그, 그리고 F.와이즈, 옵트.상트 18, 1654년 (1993)
  4. V. 마그니, G. 세룰로, S.드 실베스트리, 옵트.코뮌 101, 365(1993)