6: Modelocking Pasivo
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Como hemos visto en el capítulo 5, el ancho de pulso en un láser modelokeado activamente es inverso proporcional a la cuarta raíz de la curvatura en la modulación de pérdida. En el modo activo el bloqueo se limita a la velocidad de los generadores de señal electrónica. Por lo tanto, esta curvatura nunca puede ser muy fuerte. Sin embargo, si el pulso puede modular la absorción por sí mismo, la curvatura de la modulación ab- sorción puede llegar a ser grande, o en otras palabras, la ventana de ganancia neta generada por el pulso puede ser tan corta como el propio pulso. En este caso, la ventana de ganancia neta se acorta con el pulso. Por lo tanto, los láseres modelizados pasivamente pueden generar pulsos mucho más cortos que los láseres modelizados activamente.
Sin embargo, se requiere un absorbedor saturable adecuado para el modelocking pasivo. Dependiendo de la relación entre el tiempo de recuperación del absorbedor saturable y el ancho de pulso final, se pueden distinguir entre los regímenes de operación mostrados en la Figura 6.1, que representa el proceso final de formación de pulsos en estado estacionario. En un láser de estado sólido con energías de pulso intracavitario mucho más bajas que la energía de saturación del medio de ganancia, se puede descuidar la saturación de ganancia. Entonces debe estar presente un absorbedor saturable rápido que abra y cierre la ventana de ganancia neta generada por el pulso inmediatamente antes y después del pulso. Este principio de modelocking se llama rápido saturable absorber modelocking, ver Figura 6.1 a).
Imagen eliminada debido a restricciones de derechos de autor. Por favor vea: Kartner, F. X., y U. Keller. “Estabilización de pulsos similares a solitones con un absorbedor saturable lento”. Letras Ópticas 20 (1990): 16-19.
Figura 6.1: Mecanismos de conformación de impulsos y estabilización debido a la dinámica de ganancia y pérdida en láseres bloqueados de modo pasivo: (a) usando solo un absorbedor saturable rápido; (b) usando una combinación de saturación de ganancia y pérdida; (c) usando un absorbedor saturable con un tiempo de relajación finito y formación de solitones.
En los láseres semiconductores y colorantes generalmente la energía de pulso intracavitario exime la energía de saturación del medio de ganancia y así el medio de ganancia experimenta saturación. Todavía se puede crear una ventana de ganancia neta corta, casi independiente del tiempo de recuperación de la ganancia, si se introduce en la cavidad un medio similar pero no bombeado que actúa como un absorbedor con una energía de saturación algo menor que el medio de ganancia. Por ejemplo, esto se puede organizar mediante un enfoque más fuerte en el medio absorbente que en el medio de ganancia. Después el absorbedor blanquea primero y abre una ventana de ganancia neta, que es cerrada por el propio pulso blanqueando la ganancia algo más tarde, ver Figura 6.1 b). Este principio de modelocking se llama modelocking de absorbedor saturable lento.
Cuando se ha desarrollado el modelocking de láseres de picosegundos y femtosegundos con absorbedores semiconductores saturables, se hizo evidente que incluso con absorbedores bastante lentos, mostrando tiempos de recuperación de unos pocos picosegundos, se pudo generar pulsos de subpicosegundos dando como resultado una ventana de ganancia neta significativa después del pulso, ver Figura 6.1 c). De nuestra investigación sobre el modebloqueo activo en presencia de formación de solitones, podemos esperar que tal situación aún pueda ser estable hasta cierto límite en presencia de una fuerte formación de solitones. Este es el caso y este régimen de modelocking se denomina modelocking de solitón, ya que la formación de pulsos solitarios debido a SPM y GDD da forma al pulso a una forma de sech-forma estable a pesar de la ventana de ganancia neta abierta que sigue al pulso.