Neid nelja tehnoloogiat arutatakse koos, kuna need kõik mõjutavad otseselt laserresonantsõõnsuse väljundomadusi.
1. Režiimi valik:
Režiimi valik on tegelikult sageduse valik. Enamik lasereid kasutab suurema väljundenergia saamiseks pikemaid resonantsõõnsusi, mis muudab laseri väljundi mitmerežiimiliseks. Võrreldes kõrgema järgu režiimidega on põhilisel põikrežiimil (TEM00 režiim) aga kõrge heledus, väike lahknemisnurk, ühtlane radiaalne valgustugevuse jaotus ja üks võnkesagedus. Sellel on parimad ruumilised ja ajalised häired. Seetõttu on üks põhiline põikrežiimi laser ideaalne koherentne valgusallikas, mis on väga oluline selliste rakenduste jaoks nagu laserinterferomeetria, spektraalanalüüs ja lasertöötlus. Nende tingimuste täitmiseks tuleb võtta meetmeid laservõnkumiste piiramiseks, et pärssida enamiku resonantssageduste tööd mitmerežiimilistes laserites, ja kasutada režiimivaliku tehnoloogiat ühemoodilise ühesagedusliku laserväljundi saamiseks.
Režiimi valik jaguneb kaheks: üks on laseri pikisuunalise režiimi valik; teine on laseri põikrežiimi valik. Esimesel on suurem mõju laseri väljundsagedusele ja see võib oluliselt parandada laseri koherentsust; viimane mõjutab peamiselt laseri väljundi valgustugevuse ühtlust ja parandab laseri heledust.
1)Pikisuunalise režiimi valik: kiire monokromaatilisuse ja koherentsuse pikkuse parandamiseks peab laser töötama ühes pikisuunalises režiimis. Paljudel laseritel on aga sageli mitu samaaegselt võnkuvat pikisuunalist režiimi. Seetõttu tuleb ühe pikisuunalise laseri projekteerimiseks kasutada sageduse valiku meetodit. Levinud meetodid on: lühikese õõnsuse meetod, Fabry-Ploy etaloni meetod, kolme peegli meetod jne.
2)Põikrežiimi valik: laservõnkumise tingimus on, et võimenduskoefitsient peab olema suurem kui kadude koefitsient. Kaod võib jagada liini emissioonikadudeks, mis on seotud põikrežiimi järjekorraga, ja muudeks võnkerežiimist sõltumatuteks kadudeks. Põhilise põikrežiimi valimise olemus seisneb selles, et TEM{0}} režiim saavutab võnketingimuste ja summutab kõrgema järgu põikrežiimide võnkumisi. Seetõttu peame põikrežiimide valimise eesmärgi saavutamiseks kontrollima ainult iga kõrgetasemelise režiimi liini emissioonikadu. Üldiselt võib öelda, et seni, kuni TEM01 režiimi ja TEM10 režiimi võnkumisi, mis on põhiristirežiimist ühe järgu võrra kõrgemad, saab summutada, saab summutada ka teiste kõrgema järgu režiimide võnkumisi. Levinud meetodid hõlmavad: ava meetodit, teravustamise ava meetodit ja õõnsusesisese teleskoobi meetodit, nõgus-kumerat õõnsust, Q-lülitatud režiimi valimist jne.
2. Sageduse stabiliseerimine:
Pärast seda, kui laser saab režiimivaliku kaudu ühesagedusliku võnkumise, liigub resonantssagedus sise- ja välistingimuste muutumise tõttu siiski kogu lineaarlaiuse piires. Seda nähtust nimetatakse "sageduse triiviks". Triivi olemasolu tõttu tekib lasersageduse stabiilsuse probleem. Sageduse stabiliseerimise eesmärk on püüda kontrollida neid kontrollitavaid tegureid, et minimeerida nende häireid võnkesagedusega, parandades seeläbi laseri sageduse stabiilsust.
Sageduse stabiilsus hõlmab kahte aspekti: sageduse stabiilsus ja sageduse reprodutseeritavus. Sageduse stabiilsus viitab laseri sagedustriivi ja võnkesageduse suhtele pideva tööaja jooksul. Mida väiksem suhe, seda suurem on sageduse stabiilsus. Sageduse taasesitus on suhteline sageduse muutus laseri kasutamisel erinevates keskkondades. Sageduse stabiliseerimise meetodid jagunevad kahte tüüpi: passiivsed ja aktiivsed. Spetsiifilised sageduse stabiliseerimise meetodid hõlmavad järgmist: lamba sag meetod ja küllastuse neeldumise meetod.
3. Q-lülitus:
Üldiselt ei ole tahkis-impulsslaserite poolt väljastatavad valgusimpulssid üksikud sujuvad impulsid, vaid väikeste tippimpulsside jada, mille intensiivsus ja laius on mikrosekundite vahemikus. See valgusimpulsside jada kestab sadu mikrosekundeid või isegi millisekundeid ning selle tippvõimsus on vaid kümneid kilovatte, mis ei vasta kaugeltki praktiliste rakenduste, nagu laserradar ja laserkauguse mõõtmine, vajadustele. Sel põhjusel on mõned inimesed pakkunud välja Q-lülituse kontseptsiooni, mis on parandanud laserimpulsside väljundjõudlust mitme suurusjärgu võrra, surunud impulsi laiuse nanosekundi tasemele ja tippvõimsus on sama suur kui gigavatti.
Q viitab laserresonantsõõnsuse kvaliteeditegurile. Spetsiifiline valem on Q=2T"Resonantsõõnde salvestatud energia / võnketsükli kohta kaotatud energia.
Sel ajal kehtib laservõnkumise Q-lülituse põhimõte: teatud meetodit kasutatakse resonantsõõnsuse muutmiseks pumpamise alguses suure kadu ja madala Q väärtusega olekusse. Võnkumise lävi on väga kõrge ja isegi kui osakeste tiheduse inversiooniarv koguneb väga kõrgele, ei tekita see võnkumist; kui osakeste inversiooniarv jõuab tippväärtuseni, suurendatakse õõnsuse Q väärtust järsult, mis põhjustab laserkandja võimenduse tugevat ületamist läviväärtusest ja võnkumine toimub äärmiselt kiiresti. Sel ajal muudetakse metastabiilses olekus talletatud osakeste energia kiiresti footonite energiaks ja footonid suurenevad ülikiiresti. Laser suudab väljastada suure tippvõimsusega ja kitsa laiusega laserimpulsi.
Kuna resonantsõõnsuse kadu hõlmab peegelduskadu, neeldumiskadu, kiirguskadu, hajumise kadu ja ülekandekadu, kasutatakse erinevat tüüpi kadude kontrollimiseks erinevaid meetodeid, et moodustada erinevaid Q-lülitustehnoloogiaid. Praegu on levinud Q-lülitustehnoloogiad: akusto-optiline Q-lülitus, elektro-optiline Q-lülitus ja värvi Q-lülitus.
4. Režiimi lukustamine:
Q-lülitusega saab laserimpulsi laiust kokku suruda ja saada laserimpulsse, mille impulsi laius on suurusjärgus mikrosekundeid ja tippvõimsus gigavatti suurusjärgus. Režiimi lukustustehnoloogia on tehnoloogia, mis moduleerib laserit erilisel viisil, sundides fikseerima laseris võnkuvate erinevate pikisuunaliste režiimide faase, nii et iga režiimi saab sidusalt üksteise peale asetada ülilühikeste impulsside saamiseks. Režiimi lukustustehnoloogia abil on võimalik saada ülilühikesi laserimpulsse, mille impulsi laius on suurusjärgus femtosekundeid ja tippvõimsus, mis on suurem kui suurusjärgus T vatti. Režiimi lukustustehnoloogia muudab laseri energia ajaliselt väga kontsentreerituks ja on praegu kõige arenenum tehnoloogia suure tippvõimsusega laserite saamiseks.
Režiimi lukustamise põhimõte: üldiselt annavad ebaühtlaselt laiendatud laserid alati mitu pikisuunalist režiimi. Kuna iga režiimi sageduse ja algfaasi vahel pole kindlat seost, on iga režiim üksteisega vastuolus, seega on mitme pikisuunalise režiimi valguse intensiivsus iga pikisuunalise režiimi ebaühtlane liitmine. Väljundvalguse intensiivsus kõigub aja jooksul ebaregulaarselt. Režiimide lukustamine võimaldab sünkroonselt võnkuda mitmel resonantsõõnes eksisteerival pikisuunalisel režiimil, hoiab iga võnkerežiimi sagedusintervallid võrdsena ja nende algfaasid konstantsena, nii et laser väljastab lühikese impulssjada regulaarsete ja võrdsete ajavahemike järel.
Režiimi lukustamise tehnoloogia jaguneb aktiivse režiimi lukustamiseks ja passiivseks režiimi lukustamiseks. Aktiivrežiimi lukustamine: sisestage resonantsõõnde modulaator modulatsioonisagedusega v=c/2L, et moduleerida laserväljundi amplituudi ja faasi, et saavutada iga pikisuunalise režiimi sünkroonne vibratsioon. Passiivse režiimi lukustamine: sisestage laseri õõnsusse küllastunud neeldumisomadustega värvikast. Küllastuvate neeldumisomadustega värvikarbi neeldumistegur väheneb koos valguse intensiivsuse suurenemisega. Laseri puhul, kui optiline pump ergastab töömaterjali, toimub iga pikisuunaline režiim juhuslikult ja valgusvälja intensiivsus kõigub nende superpositsiooni tõttu. Kui mõned pikisuunalised režiimid on juhuslikult koherentselt täiustatud, ilmuvad tugevama valguse intensiivsusega osad, teised aga nõrgemad. Need tugevamad osad imenduvad värvainesse vähem ja kadu pole suur. Nõrgemad osad imenduvad värvainesse rohkem ja muutuvad nõrgemaks. Värvi mitmekordselt läbiva valgusvälja tulemusena eristuvad selgelt tugevad ja nõrgad osad ning lõpuks valitakse need pikisuunalised koherentsed võimendusosad kitsaste impulsside kujul. Passiivse režiimi lukustamisel on teatud nõuded värvikarbi optiliste omaduste kohta: värvaine neeldumisjoon peab olema laseri lainepikkusele väga lähedal; neeldumisjoone joone laius peab olema laseri joone laiusest suurem või sellega võrdne; ja lõõgastusaeg peab olema lühem kui aeg, mis kulub pulsi edasi-tagasi liikumiseks õõnsuses.
