Šīs četras tehnoloģijas tiek apspriestas kopā, jo tās visas tieši ietekmē lāzera rezonanses dobuma 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 šķērseniskajam režīmam (TEM00) ir augsts spilgtums, mazs novirzes leņķis, vienmērīgs radiālās gaismas intensitātes sadalījums un viena svārstību frekvence. Tam ir vislabākie telpiskie un laika traucējumi. 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 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; otrs ir lāzera šķērseniskā režīma izvēle. Pirmajam ir lielāka ietekme uz lāzera izejas frekvenci un tas var ievērojami uzlabot lāzera saskaņotību; pēdējais galvenokārt ietekmē lāzera izejas gaismas intensitātes vienmērīgumu un uzlabo lāzera spilgtumu.
1)Gareniskā režīma izvēle: lai uzlabotu stara monohromatitāti un koherences garumu, lāzeram jādarbojas vienā gareniskajā 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: īsās dobuma metodi, Fabry-Ploy etalona metodi, trīs spoguļu metodi utt.
2)Šķērsvirziena režīma izvēle: lāzera svārstību nosacījums ir tāds, ka pastiprinājuma koeficientam jābūt lielākam par zuduma koeficientu. Zudumus var iedalīt līnijas emisijas zudumos, kas saistīti ar šķērseniskā režīma secību, un citos zudumos, kas nav atkarīgi no svārstību režīma. Pamata šķērseniskā režīma izvēles būtība ir panākt, lai TEM{0}} režīms sasniegtu svārstību nosacījumus un nomāktu augstākas pakāpes šķērsenisko režīmu svārstības. Tāpēc mums ir jākontrolē tikai katra augstākā līmeņa režīma līnijas emisijas zudumi, lai sasniegtu šķērsenisko režīmu atlases mērķi. Vispārīgi runājot, kamēr TEM01 režīma un TEM10 režīma svārstības, kas ir par vienu kārtu augstākas par pamata šķērsrežīmu, var tikt apslāpētas, citu augstākas pakāpes režīmu svārstības var tikt apslāpētas. Izplatītas metodes ietver: apertūras metodi, fokusēšanas apertūras metodi un intradobuma teleskopa metodi, ieliektu-izliektu dobumu, izmantojot Q pārslēgtā režīma izvēli utt.
2. Frekvences stabilizācija:
Pēc tam, kad lāzers iegūst vienas frekvences svārstības, izvēloties režīmu, rezonanses frekvence joprojām pārvietosies visā lineārajā platumā iekšējo un ārējo apstākļu izmaiņu dēļ. Šo parādību sauc par "frekvences novirzi". Sakarā ar dreifēšanu, 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 reproducēšana ir relatīvas frekvences izmaiņas, ja lāzeru izmanto dažādās vidēs. Frekvences stabilizācijas metodes ir sadalītas divos veidos: pasīvās un aktīvās. Īpašas frekvences stabilizācijas metodes ietver: Lamb sag metodi un piesātinājuma absorbcijas metodi.
3. Q pārslēgšana:
Parasti gaismas impulsi, ko izvada cietvielu impulsu lāzeri, nav atsevišķi vienmērīgi impulsi, bet gan mazu maksimālo impulsu secība ar dažādu intensitāti un platumu mikrosekunžu diapazonā. Šī gaismas impulsu secība ilgst simtiem mikrosekunžu vai pat milisekundes, un tās maksimālā jauda ir tikai desmitiem kilovatu, kas ir tālu no praktisko lietojumu, piemēram, lāzera radara un lāzera diapazona 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=2T"Rezonanses dobumā uzkrātā enerģija/vienā svārstību ciklā zaudētā enerģija.
Šajā laikā lāzera svārstību Q pārslēgšanas princips: tiek izmantota noteikta metode, lai sūknēšanas sākumā rezonanses dobumu izveidotu augstu zudumu un zemas Q vērtības stāvoklī. 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 pēkšņi tiek palielināta, kā rezultātā lāzera barotnes pastiprinājums ievērojami pārsniegs slieksni, un svārstības notiks ārkārtīgi ātri. Šajā laikā metastabilā stāvoklī uzglabāto daļiņu enerģija ātri tiks pārvērsta fotonu enerģijā, un fotoni palielināsies ārkārtīgi lielā ātrumā. Lāzers var izvadīt lāzera impulsu ar lielu maksimālo jaudu un šauru platumu.
Tā kā rezonanses dobuma zudums ietver atstarošanas zudumus, absorbcijas zudumus, starojuma 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 un iegūt lāzera impulsus ar impulsa platumu mikrosekundēs un maksimālo jaudu gigavatos. Režīmu bloķēšanas tehnoloģija ir tehnoloģija, kas īpašā veidā tālāk modulē lāzeru, liekot fiksēt dažādu lāzerā svārstošo garenisko režīmu fāzes, lai katru režīmu varētu saskaņoti uzklāt, lai iegūtu ultraīsus impulsus. 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, katrs režīms nav saskaņots viens ar otru, 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.
Režīmu bloķēšanas tehnoloģija ir sadalīta aktīvā režīma bloķēšanā un pasīvā režīma bloķēšanā. Aktīvā režīma bloķēšana: ievietojiet modulatoru ar modulācijas frekvenci v=c/2L rezonanses dobumā, lai modulētu lāzera izejas amplitūdu un fāzi, lai panāktu katra gareniskā režīma sinhrono vibrāciju. Pasīvā režīma bloķēšana: lāzera dobumā ievietojiet krāsu kastīti ar piesātinātām absorbcijas īpašībām. Krāsas kārbas ar piesātināmām absorbcijas īpašībām absorbcijas koeficients samazināsies, palielinoties gaismas intensitātei. Lāzerā, kad optiskais sūknis ierosina darba materiālu, katrs gareniskais režīms notiks nejauši, un gaismas lauka intensitāte mainīsies to superpozīcijas dēļ. Ja daži gareniskie režīmi tiek nejauši saskaņoti uzlaboti, parādās daļas ar spēcīgāku gaismas intensitāti, bet citas daļas ir vājākas. Šīs stiprākās daļas krāsviela absorbē mazāk, un zudumi nav lieli. Vājākās daļas krāsviela vairāk absorbē un kļūst vājākas. Tā kā gaismas lauks daudzkārt iet cauri krāsvielai, tiek skaidri nošķirtas stiprās un vājās daļas, un visbeidzot šīs gareniskā režīma koherentās uzlabošanas daļas tiek atlasītas šauru impulsu veidā. Pasīvā režīma bloķēšanai ir noteiktas prasības attiecībā uz krāsas kastes optiskajām īpašībām: krāsvielas absorbcijas līnijai jābūt ļoti tuvu lāzera viļņa garumam; absorbcijas līnijas līnijas platumam jābūt lielākam vai vienādam ar lāzera līnijas platumu; un relaksācijas laikam jābūt īsākam par laiku, kas nepieciešams, lai pulss dotos uz priekšu un atpakaļ.
