Gepulster Laser - Wikipedia

Gepulster Betrieb von Lasern bezieht sich auf jeden Laser, der nicht als Dauerwelle klassifiziert ist, so dass die optische Leistung bei einer bestimmten Wiederholungsrate in Impulsen von einiger Dauer auftritt. ^[1] Dies umfasst eine Vielzahl von Technologien, die sich auf eine Reihe von Technologien beziehen unterschiedliche Motivationen. Einige Laser werden nur deshalb gepulst, weil sie nicht kontinuierlich betrieben werden können.

In anderen Fällen erfordert die Anwendung die Erzeugung von Impulsen mit einer möglichst großen Energie. Da die Impulsenergie gleich der durchschnittlichen Leistung geteilt durch die Wiederholrate ist, kann dieses Ziel manchmal durch Verringern der Impulsrate erreicht werden, so dass zwischen den Impulsen mehr Energie aufgebaut werden kann. Bei der Laserablation kann zum Beispiel ein kleines Materialvolumen an der Oberfläche eines Werkstücks verdampft werden, wenn es in sehr kurzer Zeit erhitzt wird, während die Energiezufuhr allmählich ermöglichen würde, dass die Wärme in das Volumen des Werkstücks aufgenommen wird , niemals eine ausreichend hohe Temperatur an einem bestimmten Punkt erreichen.

Andere Anwendungen basieren auf der Spitzenimpulsleistung (und nicht auf der Energie im Impuls), insbesondere um nichtlineare optische Effekte zu erzielen. Für eine gegebene Impulsenergie erfordert dies das Erzeugen von Impulsen der kürzest möglichen Dauer unter Verwendung von Techniken wie Q-Schalten.

Die optische Bandbreite eines Impulses kann nicht schmaler sein als der Kehrwert der Impulsbreite. Bei extrem kurzen Pulsen bedeutet dies ein Lasern über eine beträchtliche Bandbreite, ganz im Gegensatz zu den für CW-Laser typischen sehr engen Bandbreiten. Das Lasermedium in einigen -Farbstofflasern und vibronischen Festkörperlasern erzeugt eine optische Verstärkung über eine große Bandbreite, wodurch ein Laser möglich wird, der Lichtimpulse von nur wenigen Femtosekunden erzeugen kann .

Q-Switching [ edit ]

In einem Q-Switched-Laser kann sich die Populationsinversion aufbauen, indem ein Verlust in den Resonator eingebracht wird, der die Verstärkung des Mediums übersteigt; Dies kann auch als Verringerung des Qualitätsfaktors oder 'Q' des Hohlraums beschrieben werden. Nachdem sich die im Lasermedium gespeicherte Pumpenergie dem maximal möglichen Pegel angenähert hat, wird der eingeführte Dämpfungsmechanismus (häufig ein elektro- oder akustooptisches Element) schnell entfernt (oder er tritt in einer passiven Vorrichtung von selbst auf), wodurch das Lasern ermöglicht wird zu beginnen, die schnell die im Verstärkungsmedium gespeicherte Energie erhält. Dies führt zu einem kurzen Impuls, der diese Energie enthält, und somit eine hohe Spitzenleistung.

Modenkopplung [ edit ]

Ein modengekoppelter Laser ist in der Lage, extrem kurze Impulse in der Größenordnung von mehreren zehn Pikosekunden bis auf weniger als 10 Femtosekunden zu senden. Diese Impulse wiederholen sich zur Umlaufzeit, d. H. Der Zeit, die Licht benötigt, um einen Umlauf zwischen den Spiegeln des Resonators abzuschließen. Aufgrund der Fourier-Grenze (auch als Energie-Zeit-Unsicherheit bezeichnet) weist ein derart kurzer zeitlicher Impuls ein Spektrum auf, das sich über eine beträchtliche Bandbreite erstreckt. Somit muss ein solches Verstärkungsmedium eine Verstärkungsbandbreite aufweisen, die ausreichend breit ist, um diese Frequenzen zu verstärken. Ein Beispiel für ein geeignetes Material ist mit Titan dotierter, künstlich gewachsener Saphir (Ti: Saphir), der eine sehr große Verstärkungsbandbreite aufweist und somit Impulse von nur wenigen Femtosekunden Dauer erzeugen kann.

Solche modenverriegelten Laser sind ein sehr vielseitiges Werkzeug zur Erforschung von Prozessen, die auf extrem kurzen Zeitskalen (bekannt als Femtosekundenphysik, Femtosekundenchemie und Ultrakurzzeitwissenschaft) ablaufen, um die Wirkung von Nichtlinearität in optischen Materialien (z. B. in der zweiten Harmonischen) zu maximieren Erzeugung, parametrische Abwärtswandlung, optische parametrische Oszillatoren und dergleichen) aufgrund der großen Spitzenleistung und bei Ablationsanwendungen. ^{[ Zitat erforderlich} . Auch hier wegen des extrem kurzen Impulses Dauer erzeugt ein solcher Laser Impulse, die eine extrem hohe Spitzenleistung erreichen.

Gepulstes Pumpen [ edit ]

Eine andere Methode, um einen gepulsten Laserbetrieb zu erreichen, besteht darin, das Lasermaterial mit einer Quelle zu pumpen, die entweder durch elektronisches Laden im Fall eines Blitzes gepulst wird Lampen oder ein anderer Laser, der bereits gepulst ist. Das gepulste Pumpen wurde in der Vergangenheit bei Farbstofflasern verwendet, bei denen die umgekehrte Populationslebensdauer eines Farbstoffmoleküls so kurz war, dass ein schnelles Pumpen mit hoher Energie erforderlich war. Um dieses Problem zu überwinden, mussten große Kondensatoren aufgeladen werden, die dann durch Blitzlampen entladen wurden, wodurch ein intensiver Blitz erzeugt wurde. Gepulstes Pumpen ist auch für dreistufige Laser erforderlich, bei denen das niedrigere Energieniveau schnell stark besiedelt wird, was ein weiteres Lasern verhindert, bis sich diese Atome in den Grundzustand entspannt haben. Diese Laser wie der Excimer-Laser und der Kupferdampflaser können niemals im CW-Modus betrieben werden.

Gepulste Laser in der Weichteilchirurgie [ edit ]

Wenn ein Laserstrahl mit Weichteilen in Kontakt kommt, ist es ein wichtiger Faktor, das umgebende Gewebe nicht zu überhitzen, Nekrose kann also überhitzen verhindert werden. ^[2] Laserpulse müssen beabstandet sein, um eine effiziente Gewebekühlung (thermische Relaxationszeit) zwischen Pulsen zu ermöglichen. ^[2]

Siehe auch [ edit

. Referenzen edit ]