Короткие лазерные импульсы (длительностью не более 10 пс) уширяются при распространении в оптически плотных средах. "Размывание" происходит из-за разной групповой скорости распространения различных спектральных компонент импульса.
Импульс падает на стеклянную пластину с нормальной оптической дисперсией, т.е. длинноволновая спектральная компонента распространяется быстрее коротковолновой. После прохождения сквозь пластину задняя (длинноволновая) часть импульса нагоняет переднюю (коротковолновую) часть импульса, образуя частотно-ограниченный импульс. При дальнейшем распространении в стекле импульс вновь удлиняется и превращается в укороченный импульс с нарастающей частотой – положительный чирп. Расчет укорочения обязательно учитывает дисперсию групповой скорости.
Образование положительного чирпа
Образование отрицательного чирпа
Автоматизированные компенсаторы дисперсии femtoControl разработаны специально для применения с фемто- и пикосекундными лазерами для укорачивания импульсов, средняя частота которых монотонно растет или убывает.
Компенсируя аномальную дисперсию нормальной дисперсией, удается достичь первоначальной длины светового импульса – на этом принципе основано действие компрессора коротких импульсов.
Приложения
Компенсация дисперсии и сжатие импульсов необходимы, когда сверхкороткие импульсы проходят через большое количество оптических элементов, например, в микроскопии многофотонного возбуждения: аномальная групповая дисперсия скорости составляет 13000 фс², приводит к уширению импульса длительностью 100 фс до 370 фс на длине волны 800 нм. Сечение многофотонного поглощения зависит от ширины импульса. Высокое значение дисперсии приводит к уширению ("расплыванию") импульса.
Компенсатор, содержащий призмы, формирует нормальную угловую дисперсию, которая компенсирует аномальную дисперсию групповой скорости. Длительность импульса возвращается к первоначальному значению 100 фс. Измерение флуоресценции в микроскопии многофотонного возбуждения упрощается, так как из-за сжатия увеличивается средняя мощность, повышается соотношение «сигнал-шум».
Принцип компенсации отрицательной дисперсии
Компрессия импульсов
Главные элементы компрессора импульсов – две пары призм, либо пара решеток. Компенсатор на базе призм применяется для сжатия импульсов с начальной длительностью 80-150 фс и уширением до 700 фс. Количественно дисперсия зависит от расстояния между призмами и вещества, из которого они состоят. Для увеличения угловой дисперсии можно увеличить расстояние между призмами, либо подобрать подходящий материал. На рисунке ниже приведена схема призменного компенсатора. В призме 1 свет преломляется на границе и выходит под разными углами. Разделенный на спектральные составляющие пучок остается параллельным и в призмах 3 и 4 претерпевает обратное спектральное расщепление.
Призменный компрессор импульсов более универсален по функционалу, чем компенсатор с дифракционными решетками: первый можно применять для компрессии и положительных, и отрицательных чирпов, второй – только для компрессии положительных чирпов.
Схема призменного компрессора импульсов
Схема компрессора импульсов на основе дифракционных решеток
Компания APE более 20 лет специализируется на разработке измерительного оборудования для работы с короткими световыми импульсами:
- Благодаря сочетанию кристаллов, автокорелляторы SPIDER измеряют ширину фемто- и пикосекундного импульса в диапазоне от 420 нм до 2200 нм. Распознаваемая ширина импульсов - от 20 пс до 6 фс, спектральное разрешение - 0.1 нм.
- Компактный индикатор пиковой мощности peakDetect легко встраивается в лабораторные схемы. Частота отслеживается и отображается на графиках в реальном времени, что позволяет оценить добротность импульса.
- Спектрометры waveScan не требуют предварительной настройки и калибровки. Оптоволоконный вход минимизирует потери исследуемого излучения, как непрерывного, так и импульсного.
©APE
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции APE на территории РФ
