Материал подготовлен Виолеттой Зыбиной
Лазеры ультракоротких импульсов (УКИ) можно разделить на осцилляторы и усилители, которые могут быть изготовлены с использованием объемных или оптоволоконных компонентов (или и тех и других одновременно). Использование волокна может привести к уменьшению габаритных размеров и к увеличению надежности лазеров УКИ. Однако волокну присущи свои недостатки: высокая пиковая мощность и интенсивность излучения (особенно в одномодовых волокнах) могут привести к повреждению оптических элементов или к возникновению нелинейных эффектов. Тем не менее, и нелинейные эффекты в волокне нашли своё применение. Примером тому является генерация суперконтинуума-широкополосного излучения высокой яркости.
Существует методика усиления УКИ, называемая усилением чирпированных импульсов (Chirped Pulse Amplification, произносится си-пи-эй). Она позволяет получать мощные фемтосекундные импульсы, не повреждающие оптические компоненты. Для методики СРА характерно предварительное временное «растяжение» исходного маломощного фемтосекундного импульса до нескольких сотен пикосекунд путем прохождения через стретчер. За счет большой длительности импульса, понижается его интенсивность, после чего его можно усиливать. Затем он проходит через компрессор, который, за счет сильной аномальной дисперсии, сжимает импульс до исходной длительности.
Эволюцию развития лазеров УКИ (Toptica, Мюнхен) можно увидеть на диаграмме. Лазеры на красителях стали родоначальниками лазеров УКИ, при этом они были дорогостоящими и ненадежными, в то время как лазеры с твердотельной или полупроводниковой активной средой, такие как титан-сапфировый и оптоволоконные лазеры, обладают высокой степенью надежности и стоимостью, приемлемой для коммерческих лазеров.
Возможны комбинация волоконного лазера и твердотельного усилителя. Благодаря своей компактности, волоконные лазеры УКИ отлично проявили себя в роли задающих генераторов титан-сапфировых усилителей. Например, Q-Light-PM, производимый компанией Continuum (Сан-Хосе, Калифорния), имеет небольшой корпус (размерами 18,4 × 15,7 × 6,5 см), содержащий волоконный лазер, с волокном, легированным эрбием. Лазер который испускает линейно поляризованное излучение с длиной волны 780 нм (лазер генерирует излучение на 1560 нм, затем производится удвоение частоты в нелинейном кристалле). Качество пучка (М2) составляет 1,2 или выше, длительность импульсов 110 фс или меньше, при частоте излучения 30–40 МГц и средней мощностью 10 мВт.
Твердотельный лазер УКИ не обязательно должен быть титан-сапфировым. Например, широкая полоса генерации активной среды в виде неодимового стекла, позволяет изготовить лазер, который испускают спектрально ограниченные суб-200 фс импульсы с длиной волны 1058 нм (перестраиваемые в диапазоне 1053-1064 нм), со средней мощностью 400 мВт и фиксированной частотой повторения импульсов от 70 до 150 МГц. Кроме того, изготавливаются фемтосекундные лазеры на основе иттербия (Yb), который обеспечивает импульсы суб-200-фс в диапазоне 1030-1040 нм, подходящие для съемки биологических объектов.
Таким образом, иттербиевые лазеры являются перспективной альтернативой титан-сапфировым лазерам. Например, лазер Chameleon Discovery обеспечивает гораздо более широкую перестраиваемость (680-1300 нм), чем титан-сапфировые лазеры (680-1100 нм), а также оснащен вторичным выходом с фиксированной длиной волны 1040 нм, что делает его идеальным инструментом для экспериментов в оптогенетической микроскопии, где зачастую одновременно требуются два различных импульса.
