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Bloqueio de modo (lasers)

1965
Sistema laser de bloqueio de modos em um laboratório de óptica moderno.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O bloqueio de modos é uma técnica para produzir pulsos de laser extremamente curtos, da ordem de picossegundos ([latex]10^{-12}[/latex] s) a femtosegundos ([latex]10^{-15}[/latex] s). Funciona forçando os vários modos longitudinais da cavidade do laser a oscilarem com uma relação de fase fixa. Isso faz com que os modos interfiram construtivamente, criando um único pulso ultracurto e intenso que circula na cavidade.

Uma cavidade laser típica suporta múltiplos modos longitudinais, cada um correspondendo a uma frequência de ressonância específica. Em um laser normal, em funcionamento livre, esses modos oscilam independentemente com fases aleatórias. O travamento de modos sincroniza as fases desses modos. Quando os modos estão travados em fase, eles interferem construtivamente em um ponto no tempo e no espaço, formando um pulso curto e intenso. Em todos os outros instantes, eles interferem destrutivamente, resultando em intensidade próxima de zero. O resultado é um trem de pulsos ultracurtos circulando dentro da cavidade laser, com um pulso emitido pelo acoplador de saída a cada ciclo.

A duração de um pulso de modo travado é inversamente proporcional à largura de banda espectral do meio de ganho. Uma largura de banda de ganho maior suporta mais modos longitudinais, que podem ser travados para criar um pulso mais curto. Isso é regido por... 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

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • invenção do laser
  • Compreensão dos modos longitudinais do laser
  • desenvolvimento de moduladores ópticos rápidos e materiais ópticos não lineares
  • análise de Fourier da superposição de ondas

Aplicações

  • femtoquímica
  • microscopia multifotônica
  • pentes de frequência óptica para metrologia
  • geração de terahertz
  • ultrarrápido espectroscopia
  • cirurgia ocular a laser (lasik femtosegundo)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • 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 a: sincronização de modos, pulso ultracurto, femtosegundo, picossegundo, laser, modos longitudinais, sincronização de fase. transformada de Fourier, absorvedor saturável, acoplamento de modos por lente de Kerr.

Contexto histórico

Bloqueio de modo (lasers)

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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