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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.

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

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
  • ultrafast spectroscopy
  • cirurgia ocular a laser (lasik femtosegundo)

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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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

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)

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