Šīs četras tehnoloģijas tiek apspriestas kopā, jo tās visas tieši ietekmē lāzera rezonanses izejas raksturlielumus.
1. Režīma izvēle:
Režīmu izvēle faktiski ir frekvences izvēle. Lielākā daļa lāzeru izmanto garākus rezonanses dobumus, lai iegūtu lielāku izejas enerģiju, kas padara lāzera izvadi daudzrežīmu. Tomēr, salīdzinot ar augstākas kārtas režīmiem, pamata šķērsrežīmam (TEM00) ir augsts spilgtums, mazs novirzes leņķis, vienmērīgs radiālās gaismas intensitātes sadalījums un viena svārstību frekvence, un tam ir vislabākā telpiskā un īslaicīga iejaukšanās. Tāpēc viens fundamentāls šķērsmoda lāzers ir ideāls koherentas gaismas avots, kas ir ļoti svarīgs tādām lietojumprogrammām kā lāzera interferometrija, spektrālā analīze un lāzera apstrāde. Lai izpildītu šos nosacījumus, ir jāpieņem pasākumi lāzera svārstību režīma ierobežošanai, lai nomāktu lielāko rezonanses frekvenču darbību vairāku režīmu lāzeros, un jāizmanto režīma izvēles tehnoloģija, lai iegūtu vienmodas vienas frekvences lāzera izvadi.
Režīmu izvēle ir sadalīta divos veidos: viens ir lāzera gareniskā režīma izvēle, bet otrs ir lāzera šķērsrežīma izvēle. Pirmajam ir lielāka ietekme uz lāzera izejas frekvenci un tas var ievērojami uzlabot lāzera saskaņotību: otrais galvenokārt ietekmē lāzera izejas gaismas intensitātes vienmērīgumu un uzlabo lāzera spilgtumu.
Gareniskā režīma izvēle: Lai uzlabotu gaismas stara monohromatitāti un koherences garumu, nepieciešams panākt, lai lāzers darbotos viena gareniskā režīmā. Tomēr daudziem lāzeriem bieži ir vairāki garenvirziena režīmi, kas svārstās vienlaikus. Tāpēc, lai izstrādātu viena gareniskā režīma lāzeru, ir jāizmanto frekvences izvēles metode. Izplatītas metodes ietver: īsa dobuma metodi, Fabry-Pulloff etalon metodi, trīs atstarotāju metodi utt.
2) Šķērsvirziena režīma izvēle: lāzera svārstību nosacījums ir tāds, ka pastiprinājuma koeficientam jābūt lielākam par zuduma koeficientu. Zaudējumus var iedalīt difrakcijas zudumos, kas saistīti ar šķērseniskā režīma secību, un citos zudumos, kas nav saistīti ar svārstību režīmu. Pamata šķērseniskā režīma izvēles būtība ir panākt, lai TEM00 režīms sasniegtu svārstību nosacījumu, bet augstākās pakāpes šķērseniskā režīma svārstības tiek nomāktas. Tāpēc šķērseniskā režīma izvēles mērķi var sasniegt, vienkārši kontrolējot katra augstākās pakāpes režīma pārraides zudumus. Vispārīgi runājot, kamēr TEM01 režīma un TEM10 režīma svārstības, kas ir par vienu kārtu augstākas nekā pamata šķērsrežīms, var tikt apslāpētas, citu augstākas pakāpes režīmu svārstības var tikt apslāpētas. Izplatītas metodes ietver: apertūras metodi, fokusēšanas apertūras metodi un ieliektu-izliektu dobumu, režīma izvēli, izmantojot Q pārslēgšanu utt. Intrakavitācijas teleskopa metode,
2. Frekvences stabilizācija:
Pēc tam, kad lāzers, izvēloties režīmu, iegūst vienas frekvences svārstības, iekšējo un ārējo apstākļu izmaiņu dēļ rezonanses frekvence joprojām pārvietosies visā lineārajā platumā. Šo parādību sauc par "frekvences novirzi". Sakarā ar dreifa pastāvēšanu rodas lāzera frekvences stabilitātes problēma. Frekvences stabilizācijas mērķis ir mēģināt kontrolēt šos kontrolējamos faktorus, lai samazinātu to traucējumus svārstību frekvencē, tādējādi uzlabojot lāzera frekvences stabilitāti.
Frekvenču stabilitāte ietver divus aspektus: frekvences stabilitāti un frekvences reproducējamību. Frekvences stabilitāte attiecas uz lāzera frekvences novirzes attiecību pret svārstību frekvenci nepārtrauktā darba laikā. Jo mazāka attiecība, jo augstāka ir frekvences stabilitāte. Frekvences reproducējamība ir relatīvās frekvences izmaiņas, ja lāzeru izmanto dažādās vidēs. Frekvences stabilizācijas metodes iedala pasīvajos un aktīvajos veidos. Specifiskās frekvences stabilizācijas metodes ir: Lamb sag metode un piesātinājuma absorbcijas metode.
3. Q pārslēgšana:
Parasti gaismas impulsi, ko izvada cietvielu impulsu lāzeri, nav atsevišķi vienmērīgi impulsi, bet gan mazu impulsu virkne ar dažādu intensitāti mikrosekundes līmenī. Šī gaismas impulsu secība ilgst simtiem mikrosekunžu vai pat dažas sekundes desmitdaļas, un tās maksimālā jauda ir tikai desmitiem kilovatu, kas ir tālu no praktisko lietojumu, piemēram, lāzera radara un lāzera attāluma noteikšanas, vajadzībām. Šī iemesla dēļ daži cilvēki ir ierosinājuši Q-pārslēgšanas koncepciju, kas ir uzlabojusi lāzera impulsu izvades veiktspēju par vairākām kārtām, saspiež impulsa platumu līdz nanosekundes līmenim, un maksimālā jauda ir tikpat augsta kā gigavati.
Q attiecas uz lāzera rezonanses dobuma kvalitātes koeficientu. Konkrētā formula ir Q=2n*enerģija, kas tiek glabāta rezonanses dobumā/enerģija, kas zaudēta vienā svārstību ciklā.
Q pārslēgšanas princips: tiek izmantota noteikta metode, lai sūknēšanas sākumā rezonanses dobumu izveidotu augstu zudumu un zemas Q vērtības stāvoklī. Šajā laikā lāzera svārstību slieksnis ir ļoti augsts, un pat tad, ja daļiņu blīvuma inversijas skaitlis uzkrājas līdz ļoti augstam līmenim, tas neizraisīs svārstības: kad daļiņu inversijas skaitlis sasniedz maksimālo vērtību, dobuma Q vērtība. tiek pēkšņi palielināts, kā rezultātā lāzera vides pastiprinājums ievērojami pārsniegs slieksni un ārkārtīgi ātri radīs svārstības. Šajā laikā metastabilā stāvoklī uzglabāto daļiņu enerģija tiks ātri pārvērsta fotonu enerģijā. Fotoni palielinās ārkārtīgi lielā ātrumā, un lāzers var izvadīt lāzera impulsu ar lielu maksimālo jaudu un šauru platumu.
Tā kā rezonanses dobuma zudums ietver atstarošanas zudumus, absorbcijas zudumus, difrakcijas zudumus, izkliedes zudumus un pārraides zudumus, dažādu veidu zudumu kontrolei tiek izmantotas dažādas metodes, veidojot dažādas Q pārslēgšanas tehnoloģijas. Pašlaik izplatītās Q pārslēgšanas tehnoloģijas ir: akustiskā-optiskā Q pārslēgšana, elektrooptiskā Q pārslēgšana un krāsu Q pārslēgšana.
4. Režīma bloķēšana:
Q-pārslēgšana var saspiest lāzera impulsa platumu, lai iegūtu lāzera impulsus ar impulsa platumu mikrosekundēs un maksimālo jaudu gigavatos. Režīma bloķēšanas tehnoloģija ir tehnoloģija, kas tālāk modulē lāzeru īpašā veidā, liekot fiksēt katra lāzerā svārstošā gareniskā režīma fāzi, lai katrs režīms tiktu saskaņoti uzklāts, lai iegūtu ultraīsu impulsu. Izmantojot režīma bloķēšanas tehnoloģiju, var iegūt ultraīsus lāzera impulsus ar impulsa platumu femtosekundēs un maksimālo jaudu, kas ir lielāka par T vatu. Režīmu bloķēšanas tehnoloģija padara lāzera enerģiju ļoti koncentrētu laikā un šobrīd ir vismodernākā tehnoloģija augstas maksimālās jaudas lāzeru iegūšanai.
Režīmu bloķēšanas princips: parasti nevienmērīgi paplašināti lāzeri vienmēr rada vairākus garenvirziena režīmus. Tā kā nav noteiktas attiecības starp katra režīma frekvenci un sākotnējo fāzi, režīmi nav savstarpēji saskaņoti, tāpēc vairāku garenvirziena režīmu gaismas intensitātes izvade ir katra gareniskā režīma nesakarīgs papildinājums. Izejas gaismas intensitāte laika gaitā svārstās neregulāri. Režīmu bloķēšana ļauj sinhroni svārstīties vairākiem garenvirziena režīmiem, kas var pastāvēt rezonanses dobumā, saglabā katra svārstību režīma frekvences intervālus vienādus un saglabā to sākotnējās fāzes nemainīgas, lai lāzers izvadītu īsu impulsu secību ar regulāriem un vienādiem laika intervāliem.
Mode-locking technology is divided into active mode locking and passive mode locking. Active mode locking: insert a modulator with a modulation frequency v=c/2L into the resonance to modulate the amplitude and phase of the laser output to achieve synchronous vibration of each longitudinal mode. Passive mode locking: insert a dye box with saturated absorption characteristics into the laser cavity. The absorption coefficient of the dye box with saturable absorption characteristics will decrease with the increase of light intensity. In the laser, as the optical pump excites the working material, each longitudinal mode will occur randomly, and the light field will fluctuate in intensity due to their superposition. When some longitudinal modes are coherently enhanced by chance, parts with stronger light intensity appear, while other parts are weaker. These stronger parts are less absorbed by the dye and have little loss. The weaker parts are absorbed more by the dye and become weaker. As a result of the light field passing through the dye many times, the strong and weak parts are clearly distinguished, and eventually these longitudinal mode coherently enhanced parts are selected in the form of narrow pulses. Passive mode locking has certain requirements for the optical properties of the dye box: the absorption line of the dye must be very close to the laser wavelength; the line width of the absorption line must be >= lāzera līnijas platums; relaksācijas laikam jābūt īsākam par laiku, kas nepieciešams, lai pulss vienreiz pārvietotos uz priekšu un atpakaļ.
