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Mode-locking (lasers)

1965
Sistema láser de bloqueo de modo en un laboratorio de óptica moderno.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El bloqueo modal es una técnica para producir pulsos láser extremadamente cortos, del orden de picosegundos ([latex]10^{-12}[/latex] s) a femtosegundos ([latex]10^{-15}[/latex] s). Funciona forzando a los numerosos modos longitudinales de la cavidad láser a oscilar con una relación de fase fija. Esto hace que los modos interfieran constructivamente, creando un pulso único, intenso y ultracorto que circula por la cavidad.

A typical laser cavity supports multiple longitudinal modes, each corresponding to a specific resonant frequency. In a normal, free-running laser, these modes oscillate independently with random phases. Mode-locking synchronizes the phases of these modes. When the modes are locked in phase, they interfere constructively at one point in time and space, forming an intense, short pulse. At all other times, they interfere destructively, resulting in near-zero intensity. The result is a train of ultrashort pulses circulating within the laser cavity, with one pulse emitted from the output coupler for each round trip.

La duración de un pulso bloqueado en modo es inversamente proporcional al ancho de banda espectral del medio de ganancia. Un ancho de banda de ganancia más amplio admite más modos longitudinales, que pueden bloquearse para crear un pulso más corto. Esto está regido por la Fourier uncertainty principle: [latex]\Delta t \Delta u \ge K[/latex], where [latex]\Delta t[/latex] is the pulse duration, [latex]\Delta u[/latex] is the spectral bandwidth, and K is a constant near unity. Techniques for achieving mode-locking can be active (using an external modulator like an acousto-optic modulator) or passive (using a saturable absorber, a material whose absorption decreases at high light intensity). Passive mode-locking, particularly Kerr-lens mode-locking, has produced the shortest pulses to date, reaching the attosecond ([latex]10^{-18}[/latex] s) regime.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Óptica

Tipo

Técnica

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invention of the laser
  • understanding of laser longitudinal modes
  • development of fast optical modulators and nonlinear optical materials
  • fourier analysis of wave superposition

Aplicaciones

  • femtochemistry
  • multiphoton microscopy
  • optical frequency combs for metrology
  • terahertz generation
  • ultrarrápido espectroscopia
  • laser eye surgery (femtosecond lasik)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • attosecond pulse generation for imaging electron dynamics
  • tabletop particle accelerators using laser-plasma interactions
  • coherent control of quantum systems for computing
  • ultra-precise optical clocks for testing fundamental physics
  • terabit-per-second optical data transmission
  • non-thermal ablation of biological tissue with minimal collateral damage
  • direct writing of 3d waveguides inside glass
  • laser-based fusion energy research (inertial confinement fusion)
  • generation of extreme ultravioleta (euv) light for next-gen lithography
  • four-dimensional (3d space + time) microscopy of live biological processes
Relacionado con: bloqueo de modos, pulso ultracorto, femtosegundo, picosegundo, láser, modos longitudinales, bloqueo de fase, transformada de Fourier, absorbente saturable, bloqueo de modos de lente Kerr.

Contexto histórico

Mode-locking (lasers)

1961
1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1960-05-16
1962
1963
1964
1968
1970
1970
1975

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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