Ове четири технологије се разматрају заједно јер све оне директно утичу на излазне карактеристике ласерске резонантне шупљине.
1. Избор режима:
Избор режима је заправо избор фреквенције. Већина ласера користи дуже резонантне шупљине за добијање веће излазне енергије, што ласерски излаз чини мулти-модним. Међутим, у поређењу са модовима вишег реда, основни попречни режим (ТЕМ00 мод) има карактеристике високе осветљености, малог угла дивергенције, једнолике радијалне расподеле интензитета светлости и фреквенције појединачних осцилација. Има најбољу просторну и временску интерференцију. Стога је један основни ласер попречног мода идеалан кохерентни извор светлости, што је веома важно за апликације као што су ласерска интерферометрија, спектрална анализа и ласерска обрада. Да би се испунили ови услови, морају се усвојити мере за ограничавање ласерских осцилација да би се сузбио рад већине резонантних фреквенција у вишемодним ласерима и користити технологију избора режима за добијање једномодног једнофреквентног ласерског излаза.
Избор режима је подељен на два начина: један је избор ласерског уздужног режима; други је избор ласерског попречног мода. Први има већи утицај на излазну фреквенцију ласера и може знатно побољшати кохерентност ласера; ово последње углавном утиче на уједначеност светлосног интензитета ласерског излаза и побољшава осветљеност ласера.
1)Избор уздужног режима: Да би се побољшала монохроматичност и дужина кохерентности зрака, ласер треба да ради у једном уздужном режиму. Међутим, многи ласери често имају неколико уздужних модова који осцилују у исто време. Стога, да би се дизајнирао један ласер уздужног мода, мора се користити метода селекције фреквенције. Уобичајене методе укључују: метод кратких шупљина, метод Фабри-Плои еталона, метод три огледала, итд.
2)Избор попречног режима: Услов за ласерско осциловање је да коефицијент појачања мора бити већи од коефицијента губитка. Губици се могу поделити на губитке емисије у линији у вези са попречним редоследом модова и друге губитке независно од мода осциловања. Суштина одабира основног попречног режима је да се ТЕМ00 режим достигне услове осциловања и потисне осцилације попречних модова вишег реда. Према томе, потребно је само да контролишемо губитак емисије у линији сваког мода високог реда да бисмо постигли сврху одабира попречних модова. Уопштено говорећи, све док осцилације мода ТЕМ01 и ТЕМ10 мода које су за један ред веће од основног попречног мода могу бити потиснуте, осцилације других модова вишег реда могу бити потиснуте. Уобичајене методе укључују: метод отвора бленде, метод отвора бленде за фокусирање и метод телескопа унутар шупљине, конкавно-конвексну шупљину, коришћење избора режима са преклапањем К, итд.
2. Стабилизација фреквенције:
Након што ласер добије једнофреквентну осцилацију кроз избор режима, резонантна фреквенција ће се и даље кретати унутар целе линеарне ширине због промена унутрашњих и спољашњих услова. Овај феномен се назива "однос фреквенције". Због постојања дрифта јавља се проблем стабилности фреквенције ласера. Сврха стабилизације фреквенције је да покуша да контролише ове контролисане факторе како би се минимизирала њихова интерференција са фреквенцијом осциловања, чиме се побољшава стабилност фреквенције ласера.
Стабилност фреквенције укључује два аспекта: стабилност фреквенције и поновљивост фреквенције. Стабилност фреквенције се односи на однос фреквентног дрифта ласера и фреквенције осциловања у току непрекидног радног времена. Што је однос мањи, то је већа стабилност фреквенције. Репродукција фреквенције је релативна промена фреквенције када се ласер користи у различитим окружењима. Методе стабилизације фреквенције подељене су на два типа: пасивне и активне. Специфичне методе стабилизације фреквенције укључују: Ламб саг метод и метод апсорпције засићења.
3. К-прекидање:
Уопштено говорећи, светлосни импулси који излазе из полупроводничких импулсних ласера нису појединачни глатки импулси, већ низ малих вршних импулса са различитим интензитетима и ширинама у микросекундном опсегу. Ова секвенца светлосних импулса траје стотинама микросекунди или чак милисекунди, а њена вршна снага је само десетине киловата, што је далеко од задовољавања потреба практичних примена као што су ласерски радар и ласерски домет. Из тог разлога, неки људи су предложили концепт К-прекидања, који је побољшао излазне перформансе ласерских импулса за неколико редова величине, компримовао ширину импулса на ниво наносекунде, а вршна снага је чак и гигавати.
К се односи на фактор квалитета ласерске резонантне шупљине. Специфична формула је К=2Т"Енергија ускладиштена у резонантној шупљини/енергија изгубљена по циклусу осциловања.
У овом тренутку, принцип ласерске осцилације К-прекидања: одређена метода се користи да се резонантна шупљина доведе у стање високог губитка и ниске К вредности на почетку пумпања. Праг осциловања је веома висок, па чак и ако се број инверзије густине честица акумулира на веома висок ниво, неће произвести осцилацију; када број инверзије честица достигне вршну вредност, К вредност шупљине се нагло повећава, што ће довести до тога да појачање ласерског медијума увелико премаши праг, а осцилације ће се појавити изузетно брзо. У овом тренутку, енергија честица ускладиштених у метастабилном стању ће се брзо претворити у енергију фотона, а фотони ће расти изузетно великом брзином. Ласер може да емитује ласерски импулс велике вршне снаге и уске ширине.
Пошто губитак резонантне шупљине укључује губитак рефлексије, губитак апсорпције, губитак зрачења, губитак расејања и губитак трансмисије, различите методе се користе за контролу различитих врста губитака како би се формирале различите технологије К-прекидања. Тренутно, уобичајене технологије К-прекидања су: акусто-оптички К-прекидач, електро-оптички К-прекидач и К-прекидач боје.
4. Закључавање режима:
К-прекидање може компримовати ширину ласерског импулса и добити ласерске импулсе са ширином импулса реда микросекунди и вршном снагом реда гигавата. Технологија закључавања мода је технологија која даље модулира ласер на посебан начин, приморавајући фазе различитих уздужних модова који осцилују у ласеру да буду фиксирани, тако да сваки мод може бити кохерентно суперпонован да би се добили ултракратки импулси. Користећи технологију закључавања режима, могу се добити ултракратки ласерски импулси са ширином импулса реда фемтосекунди и вршном снагом већом од реда Т вати. Технологија закључавања режима чини ласерску енергију високо концентрисаном у времену и тренутно је најнапреднија технологија за добијање ласера велике вршне снаге.
Принцип закључавања мода: Генерално, неуједначено проширени ласери увек производе више уздужних модова. Пошто не постоји дефинитиван однос између фреквенције и почетне фазе сваког мода, сваки мод је некохерентан један са другим, тако да је интензитет светлости који излази из више лонгитудиналних модова некохерентно додавање сваког лонгитудиналног мода. Интензитет излазне светлости неправилно флуктуира током времена. Закључавање режима омогућава да више уздужних модова који могу постојати у резонантној шупљини синхроно осцилују, одржава интервале фреквенција сваког мода осциловања једнаким и одржава њихове почетне фазе константним, тако да ласер даје кратку секвенцу импулса са правилним и једнаким временским интервалима.
Технологија закључавања режима је подељена на активно закључавање режима и пасивно закључавање режима. Активно закључавање режима: уметните модулатор са фреквенцијом модулације в=ц/2Л у резонантну шупљину да бисте модулисали амплитуду и фазу ласерског излаза како бисте постигли синхроне вибрације сваког уздужног мода. Пасивно закључавање режима: убаците кутију за бојење са засићеним карактеристикама апсорпције у ласерску шупљину. Коефицијент апсорпције кутије за бојење са засићеним апсорпционим карактеристикама ће се смањити са повећањем интензитета светлости. У ласеру, пошто оптичка пумпа побуђује радни материјал, сваки уздужни мод ће се појавити насумично, а светлосно поље ће флуктуирати у интензитету због њихове суперпозиције. Када се неки лонгитудинални модови случајно кохерентно појачавају, појављују се делови са јачим интензитетом светлости, док су други делови слабији. Ове јаче делове боја мање апсорбује и губитак није велики. Слабији делови се више апсорбују у боји и постају слабији. Као резултат светлосног поља које много пута пролази кроз боју, јаки и слаби делови се јасно разликују, и на крају се ови уздужни модус кохерентни делови побољшања бирају у облику уских импулса. Пасивно закључавање режима има одређене захтеве за оптичка својства кутије за бојење: апсорпциона линија боје мора бити веома близу таласној дужини ласера; ширина линије апсорпције мора бити већа или једнака ширини ласерске линије; а време релаксације мора бити краће од времена потребног пулсу да путује напред-назад у шупљини.
