Neid nelja tehnoloogiat arutatakse koos, kuna need kõik mõjutavad otseselt laserresonantsi 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 ning sellel on parim ruumiline ja ajaline sekkumine. 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 kasutusele meetmed laseri võnkerežiimi piiramiseks, et summutada enamiku resonantssageduste töö mitmerežiimilistes laserites, ja kasutada režiimivaliku tehnoloogiat, et saada ühemoodilise ühesagedusliku laserväljundi.
Režiimi valik jaguneb kaheks: üks on laseri pikisuunalise režiimi valik ja teine laseri põikrežiimi valik. Esimesel on suurem mõju laseri väljundsagedusele ja see võib oluliselt parandada laseri koherentsust: viimane mõjutab peamiselt laserväljundi valguse intensiivsuse ühtlust ja parandab laseri heledust.
Pikisuunalise režiimi valik: Valguskiire monokromaatilisuse ja koherentsuse pikkuse parandamiseks on vaja panna laser töötama ühe pikisuunalises režiimis. Paljudel laseritel on aga sageli mitu pikisuunalist režiimi, mis võnkuvad korraga. Seetõttu tuleb ühe pikisuunalise laseri projekteerimiseks kasutada sageduse valiku meetodit. Levinud meetodid on: lühikese õõnsuse meetod, Fabry-Pulloff etaloni meetod, kolme reflektori meetod jne.
2) Põikrežiimi valik: laservõnkumise tingimuseks on, et võimenduskoefitsient peab olema suurem kui kadude koefitsient. Kadu võib jagada difraktsioonikadudeks, mis on seotud põikrežiimi järjestusega, ja muudeks võnkerežiimiga mitteseotud kadudeks. Põhilise põikrežiimi valiku olemus on panna TEM00 režiim saavutama võnketingimust, samal ajal kui kõrgema järgu põikrežiimi võnkumine on maha surutud. Seetõttu saab põikrežiimi valimise eesmärgi saavutada lihtsalt kontrollides iga kõrgema järgu režiimi edastuskadu. Üldiselt võib öelda, et seni, kuni TEM01 režiimi ja TEM10 režiimi võnkumisi, mis on ühe järgu võrra kõrgemad kui põhiline põikrežiim, saab summutada, saab teiste kõrgema järgu režiimide võnkumisi summutada. Levinud meetodid on: ava meetod, teravustamise ava meetod ja nõgus-kumer õõnsus, režiimi valimine Q-lülituse abil jne. Intracavity teleskoobi meetod,
2. Sageduse stabiliseerimine:
Pärast seda, kui laser saab režiimivaliku kaudu ühesagedusliku võnkumise, liigub resonantssagedus sise- ja välistingimuste muutumise tõttu siiski kogu lineaarlaiuse ulatuses. 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 sageduse triivi ja võnkesageduse suhtele alapideva tööaja jooksul. Mida väiksem suhe, seda suurem on sageduse stabiilsus. Sageduse reprodutseeritavus on suhteline sageduse muutus laseri kasutamisel erinevates keskkondades. Sageduse stabiliseerimise meetodid jagunevad passiivseteks ja aktiivseteks tüüpideks. Spetsiifilised sageduse stabiliseerimise meetodid on: lamba sag meetod ja küllastuse neeldumise meetod.
3. Q-lülitus:
Üldiselt ei ole tahkis-impulsslaserite poolt väljastatavad valgusimpulssid üksikud sujuvad impulsid, vaid mikrosekundi tasemel erineva intensiivsusega väikeste impulsside jada. See valgusimpulsside jada kestab sadu mikrosekundeid või isegi mõni kümnendik sekundist ning selle tippvõimsus on vaid kümneid kilovatte, mis ei vasta kaugeltki praktiliste rakenduste, nagu laserradar ja laserkauguse määramine, 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=2n* resonantsõõnde salvestatud energia / võnketsükli jooksul kaotatud energia.
Q-lülituspõhimõte: Resonantsõõnsuse muutmiseks pumpamise alguses suure kadu ja madala Q väärtusega olekusse kasutatakse teatud meetodit. Sel ajal on laseri võnkumise lävi väga kõrge ja isegi kui osakeste tiheduse inversiooniarv koguneb väga kõrgele, ei tekita see võnkumist: kui osakeste inversiooniarv jõuab tippväärtuseni, on õõnsuse Q väärtus suureneb järsult, mistõttu laserkandja võimendus ületab oluliselt läve ja tekitab ülikiiresti võnkumisi. Sel ajal muudetakse metastabiilses olekus talletatud osakeste energia kiiresti footonite energiaks. Footonid suurenevad äärmiselt suure kiirusega ja laser suudab väljastada suure tippvõimsusega ja kitsa laiusega laserimpulsi.
Kuna resonantsõõnsuse kadu hõlmab peegelduskadu, neeldumiskadu, difraktsioonikadu, 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 värviline Q-lülitus.
4. Režiimi lukustamine:
Q-lülitusega saab laserimpulsi laiust kokku suruda, et saada laserimpulsse, mille impulsi laius on suurusjärgus mikrosekundeid ja tippvõimsus gigavatti suurusjärgus. Režiimi lukustustehnoloogia on tehnoloogia, mis moduleerib laserit erilisel viisil, sundides fikseerima iga laseris võnkuva pikisuunalise režiimi faasi, nii et iga režiim on ülilühikese impulsi saamiseks koherentselt peale pandud. 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 režiimid üksteisega vastuolus, seega on mitme pikisuunalise režiimi valgustugevuse väljund 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.
Mode-locking technology is divided into active mode locking and passive mode locking. Active mode locking: insert a modulator with a modulation frequency v=c/2L into the resonance to modulate the amplitude and phase of the laser output to achieve synchronous vibration of each longitudinal mode. Passive mode locking: insert a dye box with saturated absorption characteristics into the laser cavity. The absorption coefficient of the dye box with saturable absorption characteristics will decrease with the increase of light intensity. In the laser, as the optical pump excites the working material, each longitudinal mode will occur randomly, and the light field will fluctuate in intensity due to their superposition. When some longitudinal modes are coherently enhanced by chance, parts with stronger light intensity appear, while other parts are weaker. These stronger parts are less absorbed by the dye and have little loss. The weaker parts are absorbed more by the dye and become weaker. As a result of the light field passing through the dye many times, the strong and weak parts are clearly distinguished, and eventually these longitudinal mode coherently enhanced parts are selected in the form of narrow pulses. Passive mode locking has certain requirements for the optical properties of the dye box: the absorption line of the dye must be very close to the laser wavelength; the line width of the absorption line must be >= laserjoone laius; lõdvestusaeg peab olema lühem kui aeg, mis kulub pulsi ühekordseks edasi-tagasi liikumiseks.
