DeepLightSeekdefinición:
Hay una cavidad resonante en el amplificador óptico, por lo que el pulso óptico puede circular muchas veces dentro de la cavidad antes de acoplarse.
Un amplificador de retroalimentación positiva es un dispositivo utilizado para amplificar impulsos ópticos, típicamente con longitudes de impulso ultracortas en el intervalo de picosegundos o femtosegundos (ver amplificadores ultrarápidos). La colocación del medio de ganancia en la cavidad resonante se puede lograr múltiples veces a través del medio de ganancia (generalmente un medio de estado sólido), acoplado con un interruptor óptico, usando un modulador electroóptico y un polarizador. El número de ciclos en la cavidad resonante puede controlarse mediante un interruptor óptico, que puede ser muy grande, dando como resultado un factor de amplificación global muy alto.
Aunque los impulsos pasan a través del medio de ganancia múltiples veces en un amplificador de retroalimentación positiva, un amplificador de múltiples pasos todavía se refiere a un dispositivo con un número determinado de canales obtenidos en base a las propiedades geométricas de la trayectoria del haz, en lugar de usar interruptores ópticos. También es muy natural considerar un amplificador de retroalimentación positiva como un amplificador de múltiples pasos.
imagenunoDiagrama del dispositivo de amplificador de retroalimentación positiva de picosegundos. La caja Pockels funciona como un interruptor óptico con diapositivas de cuarto y polarizadores de película delgada. El espejo de rotación de Faraday se utiliza para separar los pulsos incidentes y salientes.
Principio de trabajo del amplificador de retroalimentación positiva
El principio de funcionamiento de la retroalimentación positiva se puede entender a partir de los siguientes aspectos:
- En primer lugar, el medio de ganancia se bombea durante un período de tiempo para recoger algo de energía.
- A continuación, el primer pulso entra en la cavidad resonante a través de un puerto controlado por un interruptor de efecto electroóptico (o efecto acústico-óptico) que está abierto brevemente (menos que el tiempo para que el pulso cicle una vez dentro de la cavidad).
- Este pulso circula múltiples veces (posiblemente cientos de veces) en la cavidad resonante y se amplifica a un nivel de energía muy alto.
- Finalmente, el pulso se libera de la cavidad resonante. Esto se puede lograr mediante el uso de un segundo interruptor electroóptico, o mediante el uso de un interruptor que lo acopla.
Este principio de funcionamiento permite el uso de amplificadores de tamaño medio para lograr una alta ganancia y energía de pulso en el rango de milijoules, mientras que los dispositivos más grandes pueden producir una mayor energía.1 kHzEscala (también puede llegar a varios cientos)KHzCon tasas de repetición más bajas, se puede obtener la energía de pulso más alta.
Tenga en cuenta que los láseres de semilla son generalmente láseres bloqueados en modo con velocidades de repetición de pulsos muy altas, tales como varios cientos de megahercios, y solo un número muy pequeño de pulsos de semilla se usan en amplificadores.
Para escenarios de alta tasa de repetición (varias decenas)KHzAún más alto), el medio de ganancia del amplificador suele bombearse continuamente. Para situaciones de baja tasa de repetición (especialmente cuando el período de pulso es mucho más largo que la vida útil del nivel de energía superior), bombeo de pulso (por ejemplo, utilizando modulación)QEl láser es más ventajoso. Una estructura comúnmente utilizada es el uso del doble de frecuencia.YAGEl láser se utiliza para bombear el amplificador de zafiro de titanio de retroalimentación positiva.
Otras cuestiones
Debido al ancho de banda de ganancia limitado del medio amplificador, el ancho de pulso se reduce, dando como resultado un aumento en la longitud del pulso amplificado. Esto se denomina efecto de estrechamiento de ganancia, que se puede reducir añadiendo filtros espectrales apropiados al amplificador, dando como resultado un espectro de ganancia neta más amplio y más plano.
En dispositivos de femtosegundos, la dispersión causada por las cajas de Pockels debe compensarse. También pueden existir efectos no lineales, y es necesario usar amplificación de pulso de chirpeo o amplificación de pulso dividido para suprimir eficazmente estos efectos. Si no se toman medidas, la energía de pulso obtenida estará limitada por efectos no lineales, e incluso pueden producirse fenómenos de daño óptico.
La eficiencia energética de un amplificador de retroalimentación positiva se reduce en gran medida debido al efecto de pérdida dentro de la cavidad, especialmente en interruptores electroópticos. Cuando la ganancia de bucle único es baja, es más sensible a estas pérdidas porque para obtener un cierto factor de amplificación, es necesario aumentar el número de ciclos del impulso en el bucle.
Los amplificadores de retroalimentación positiva también pueden reducir su ganancia y eficiencia de la bomba debido a una vida útil limitada de baja energía, lo que resulta en una gran población de niveles de baja energía cuando se amplifican pulsos, lo que conduce a la reabsorción y las transiciones láser. Este problema ocurre principalmente cuando el amplificador amplifica pulsos ultracortos, pero no ocurre durante la amplificación de chirp porque la longitud del pulso del amplificador es relativamente larga en este momento.
En algunas aplicaciones, es necesario mantener la energía de pulso acompañante a un nivel relativamente bajo, es decir, para obtener un alto contraste de pulso. Los impulsos compañeros se pueden generar de varias maneras, tales como conmutación imperfecta en cajas Pockels o reflejos parásitos en amplificadores. Se requieren seleccionadores de pulsos adicionales para suprimir los pulsos anteriores o siguientes.
Cuando la tasa de repetición del pulso es alta, puede haber fuertes fluctuaciones en el proceso de amplificación del pulso. También pueden ocurrir bifurcaciones periódicas, donde la energía del pulso varía entre dos valores, seguida de cuatro o incluso ocho valores. Cuando la tasa de repetición del pulso es mayor, causará efectos caóticos. imagendosEs un escenario de simulación numérica.
imagendosLa relación entre la energía de pulso de un amplificador de retroalimentación positiva y el número de ciclos en la cavidad resonante, utilizandoRPEl software de alimentación de fibra óptica obtiene resultados de simulación.
El medio de ganancia comúnmente utilizado para amplificadores de retroalimentación positiva es el zafiro de titanio, que tiene un ancho de banda de ganancia amplio y conductividad térmica. Otros medios de ganancia, tales como medios dopados con iterbio o neodimio, son adecuados para su uso con bombeo de diodos. Debido a su vida útil superior más larga, tienen fuertes capacidades de almacenamiento de energía. Sin embargo, debido a su ancho de banda de ganancia más pequeño, generan pulsos más largos (generalmente varios cientos).Fso incluso más).
Las aplicaciones de los amplificadores de retroalimentación positiva incluyen el procesamiento de materiales (como el uso demJEl corte de energía de pulso de los metales y los experimentos científicos, como en la física de alta energía, se utilizan para generar armónicos de alto orden.
Productos alternativos
Una alternativa a un amplificador de retroalimentación positiva es un amplificador de múltiples pasos, donde se obtienen múltiples canales mediante la disposición de muchos espejos (cada canal tiene una dirección de propagación ligeramente diferente). Este esquema no requiere el uso de moduladores rápidos, pero puede ser complejo (y difícil de organizar) cuando hay muchos canales que pasan a través del medio de ganancia. Según reglas empíricas, un amplificador de múltiples pasos es más adecuado para obtener energía de pulso muy alta cuando la ganancia es limitada (porque la energía de pulso incidente ya es bastante alta), mientras que un amplificador de retroalimentación positiva es más adecuado para situaciones de ganancia muy alta. Por supuesto, estos dos amplificadores se pueden combinar juntos: el amplificador de retroalimentación positiva proporciona una alta ganancia, y el amplificador de múltiples pasos del terminal aumenta la energía de pulso (ver cadena de amplificador, amplificador ultrarápido).
Otra técnica que puede lograr una alta energía de pulso, aunque no tan alta como en amplificadores de retroalimentación positiva, es el uso de cavidades inclinadas en láseres bloqueados en modo. Esta tecnología es particularmente adecuada para lograr altas velocidades de repetición de pulsos de hasta varios megahercios.
