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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.

The duration of a mode-locked pulse is inversely proportional to the spectral bandwidth of the gain medium. A wider gain bandwidth supports more longitudinal modes, which can be locked to create a shorter pulse. This is governed by the 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
  • ultrafast spectroscopy
  • laser eye surgery (femtosecond lasik)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Related to: mode-locking, ultrashort pulse, femtosecond, picosecond, laser, longitudinal modes, phase locking, fourier transform, saturable absorber, kerr-lens modelocking.

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)

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