Šios keturios technologijos yra aptariamos kartu, nes visos jos tiesiogiai veikia lazerio rezonansinės ertmės išėjimo charakteristikas.
1. Režimo pasirinkimas:
Režimo pasirinkimas iš tikrųjų yra dažnio pasirinkimas. Dauguma lazerių naudoja ilgesnes rezonansines ertmes, kad išgautų didesnę išėjimo energiją, todėl lazerio išvestis yra daugiamodė. Tačiau, palyginti su aukštesnės eilės režimais, pagrindinis skersinis režimas (TEM00 režimas) pasižymi dideliu ryškumu, nedideliu nuokrypio kampu, vienodu radialiniu šviesos intensyvumo pasiskirstymu ir vienu virpesių dažniu. Jis turi geriausius erdvinius ir laiko trukdžius. Todėl vienas pagrindinis skersinio režimo lazeris yra idealus koherentinis šviesos šaltinis, kuris yra labai svarbus tokioms programoms kaip lazerinė interferometrija, spektrinė analizė ir apdorojimas lazeriu. Norint įvykdyti šias sąlygas, reikia imtis priemonių, ribojančių lazerio virpesius, kad būtų slopinamas daugelio rezonansinių dažnių veikimas daugiamodiuose lazeriuose, ir naudoti režimo parinkimo technologiją, norint gauti vieno režimo vieno dažnio lazerio išvestį.
Režimo pasirinkimas skirstomas į du būdus: vienas – lazerio išilginio režimo pasirinkimas; kitas – lazerio skersinio režimo pasirinkimas. Pirmasis turi didesnį poveikį lazerio išėjimo dažniui ir gali labai pagerinti lazerio darną; pastarasis daugiausia įtakoja lazerio išėjimo šviesos intensyvumo vienodumą ir pagerina lazerio ryškumą.
1)Išilginio režimo pasirinkimas: norint pagerinti pluošto monochromatiškumą ir koherentiškumo ilgį, lazeris turi veikti vienu išilginiu režimu. Tačiau daugelis lazerių dažnai turi kelis išilginius režimus, kurie svyruoja vienu metu. Todėl, norint suprojektuoti vieno išilginio režimo lazerį, reikia naudoti dažnio pasirinkimo metodą. Įprasti metodai: trumpos ertmės metodas, Fabry-Ploy etalono metodas, trijų veidrodžių metodas ir kt.
2)Skersinio režimo pasirinkimas: lazerio virpesių sąlyga yra ta, kad stiprinimo koeficientas turi būti didesnis už nuostolių koeficientą. Nuostolius galima suskirstyti į linijos emisijos nuostolius, susijusius su skersinio režimo tvarka, ir kitus nuostolius, nepriklausomus nuo virpesių režimo. Pagrindinio skersinio režimo pasirinkimo esmė yra priversti TEM{0}} režimą pasiekti virpesių sąlygas ir slopinti aukštesnės eilės skersinių režimų virpesius. Todėl mums tereikia kontroliuoti kiekvieno aukšto lygio režimo linijos emisijos nuostolius, kad pasiektume skersinių režimų pasirinkimo tikslą. Paprastai tariant, tol, kol TEM01 režimo ir TEM10 režimo virpesiai, kurie yra vienu laipsniu didesni už pagrindinį skersinį režimą, gali būti slopinami, kitų aukštesnės eilės režimų virpesiai gali būti slopinami. Įprasti metodai yra: diafragmos metodas, fokusavimo diafragmos metodas ir vidinio ertmės teleskopo metodas, įgaubta-išgaubta ertmė, naudojant Q perjungiamo režimo pasirinkimą ir kt.
2. Dažnio stabilizavimas:
Po to, kai lazeris gauna vieno dažnio virpesius pasirinkdamas režimą, rezonansinis dažnis vis tiek judės per visą linijinį plotį dėl vidinių ir išorinių sąlygų pokyčių. Šis reiškinys vadinamas „dažnio dreifu“. Dėl dreifo egzistavimo iškyla lazerio dažnio stabilumo problema. Dažnio stabilizavimo tikslas yra pabandyti kontroliuoti šiuos valdomus veiksnius, siekiant sumažinti jų trukdžius virpesių dažniui ir taip pagerinti lazerio dažnio stabilumą.
Dažnio stabilumas apima du aspektus: dažnio stabilumą ir dažnio atkuriamumą. Dažnio stabilumas reiškia lazerio dažnio poslinkio ir virpesių dažnio santykį per nepertraukiamą darbo laiką. Kuo mažesnis santykis, tuo didesnis dažnio stabilumas. Dažnio atkūrimas yra santykinis dažnio pokytis, kai lazeris naudojamas skirtingose aplinkose. Dažnio stabilizavimo metodai skirstomi į du tipus: pasyvus ir aktyvus. Konkretūs dažnio stabilizavimo metodai yra: Lamb sag metodas ir soties absorbcijos metodas.
3. Q perjungimas:
Paprastai kietojo kūno impulsų lazerių išvedami šviesos impulsai yra ne pavieniai sklandžiai impulsai, o mažų didžiausių impulsų seka, kurios intensyvumas ir plotis skiriasi mikrosekundžių diapazone. Ši šviesos impulsų seka trunka šimtus mikrosekundžių ar net milisekundžių, o didžiausia jos galia yra tik dešimtys kilovatų, o tai toli gražu neatitinka praktinių pritaikymų, tokių kaip lazerinis radaras ir lazerinis nuotolio nustatymas. Dėl šios priežasties kai kurie žmonės pasiūlė Q perjungimo koncepciją, kuri keliais dydžiais pagerino lazerio impulsų išvesties našumą, suspaudė impulso plotį iki nanosekundės lygio, o didžiausia galia siekia gigavatus.
Q reiškia lazerio rezonansinės ertmės kokybės koeficientą. Konkreti formulė yra Q=2T"Rezonansinėje ertmėje saugoma energija / Energija, prarasta per virpesių ciklą.
Šiuo metu lazerio virpesių Q perjungimo principas: tam tikras metodas naudojamas rezonansinei ertmei siurbimo pradžioje padaryti didelių nuostolių ir mažos Q vertės būseną. Virpesių slenkstis yra labai aukštas ir net jei dalelių tankio inversijos skaičius susikaupia iki labai aukšto lygio, jis nesukels virpesių; kai dalelių inversijos skaičius pasiekia didžiausią vertę, ertmės Q reikšmė staiga padidėja, todėl lazerio terpės stiprinimas smarkiai viršys slenkstį, o svyravimai įvyks ypač greitai. Šiuo metu metastabilioje būsenoje sukauptų dalelių energija greitai virs fotonų energija, o fotonų daugės itin dideliu greičiu. Lazeris gali išvesti lazerio impulsą su didele didžiausia galia ir siauru pločiu.
Kadangi rezonansinės ertmės praradimas apima atspindžio praradimą, absorbcijos praradimą, spinduliuotės praradimą, sklaidos praradimą ir perdavimo praradimą, skirtingi metodai naudojami skirtingiems nuostoliams valdyti, kad būtų sukurtos skirtingos Q perjungimo technologijos. Šiuo metu įprastos Q perjungimo technologijos yra: akustinis-optinis Q perjungimas, elektrooptinis Q perjungimas ir dažų Q perjungimas.
4. Režimo užraktas:
Q perjungimas gali suspausti lazerio impulso plotį ir gauti lazerio impulsus, kurių impulsų plotis yra mikrosekundės, o didžiausia galia - gigavatai. Režimo fiksavimo technologija – tai technologija, kuri ypatingu būdu toliau moduliuoja lazerį, priversdama fiksuoti įvairių lazeryje svyruojančių išilginių režimų fazes, kad kiekvieną režimą būtų galima nuosekliai uždėti ir gauti itin trumpus impulsus. Naudojant režimo fiksavimo technologiją, galima gauti ultratrumpus lazerio impulsus, kurių impulsų plotis yra femtosekundės, o didžiausia galia yra didesnė nei T vatų. Režimo fiksavimo technologija leidžia labai koncentruoti lazerio energiją laike ir šiuo metu yra pažangiausia technologija, leidžianti gauti didelės didžiausios galios lazerius.
Režimo fiksavimo principas: Paprastai netolygiai išplėsti lazeriai visada sukuria kelis išilginius režimus. Kadangi nėra aiškaus ryšio tarp kiekvieno režimo dažnio ir pradinės fazės, kiekvienas režimas yra nesuderinamas vienas su kitu, todėl kelių išilginių režimų šviesos intensyvumas yra nenuoseklus kiekvieno išilginio režimo pridėjimas. Išėjimo šviesos intensyvumas laikui bėgant svyruoja nereguliariai. Režimo fiksavimas leidžia sinchroniškai svyruoti keliems išilginiams režimams, kurie gali egzistuoti rezonansinėje ertmėje, išlaiko vienodus kiekvieno svyravimo režimo dažnio intervalus ir išlaiko pastovias jų pradines fazes, todėl lazeris išveda trumpą impulsų seką reguliariais ir vienodais laiko intervalais.
Režimo užrakinimo technologija skirstoma į aktyvaus režimo užrakinimą ir pasyvų režimo užrakinimą. Aktyvaus režimo fiksavimas: į rezonansinę ertmę įkiškite moduliatorių, kurio moduliacijos dažnis yra v=c/2L, kad moduliuotų lazerio išvesties amplitudę ir fazę, kad būtų pasiekta sinchroninė kiekvieno išilginio režimo vibracija. Pasyvaus režimo fiksavimas: į lazerio ertmę įdėkite dažų dėžutę su prisotintomis absorbcijos charakteristikomis. Dažų dėžutės su prisotintomis sugerties charakteristikomis sugerties koeficientas mažės didėjant šviesos intensyvumui. Lazeryje, kai optinis siurblys sužadina darbinę medžiagą, kiekvienas išilginis režimas pasireikš atsitiktinai, o šviesos laukas svyruos dėl jų superpozicijos. Atsitiktinai nuosekliai padidinus kai kuriuos išilginius režimus, atsiranda dalių, kurių šviesos intensyvumas yra stipresnis, o kitos dalys yra silpnesnės. Šios tvirtesnės dalys mažiau sugeriamos dažų ir nuostoliai nėra dideli. Silpnesnes dalis labiau sugeria dažai ir jos tampa silpnesnės. Dėl šviesos lauko daug kartų praeinančio per dažus, aiškiai išskiriamos stipriosios ir silpnosios dalys, o galiausiai šios išilginio režimo koherentinės stiprinimo dalys parenkamos siaurų impulsų pavidalu. Pasyviojo režimo fiksavimui keliami tam tikri reikalavimai dažų dėžutės optinėms savybėms: dažų sugerties linija turi būti labai artima lazerio bangos ilgiui; sugerties linijos linijos plotis turi būti didesnis arba lygus lazerio linijos plotiui; o atsipalaidavimo laikas turi būti trumpesnis nei laikas, per kurį pulsas keliauja pirmyn ir atgal ertmėje.
