1.2: Імпульсні характеристики

Найчастіше спостерігається не ізольований пульс, а скоріше ланцюг імпульсів.

Малюнок 1.1: Періодичний імпульсний ланцюг

$T_R$: час повторення імпульсу
$W$
$P_{ave} = W/T_R$: енергія імпульсу: середня потужність
$\tau{\text{FWHM}}$ - повна ширина на половину максимуму оболонки інтенсивності імпульсу у часовій області.
Пікова потужність задається

$$P_p = \dfrac{W}{\tau{\text{FWHM}}} = P_{ave} \dfrac{T_R}{\tau{\text{FWHM}}} \nonumber$$

і пікове електричне поле задається

$$E_p = \sqrt{2 Z_{F_0} \dfrac{P_p}{A_{\text{eff}}} \nonumber$$

$A_{\text{eff}}$є поперечним перерізом променя і$Z_{F_0} = 377 \Omega$ є імпедансом вільного простору.

Часові шкали:

$$\begin{array} {lcl} {\text{1 ns}} & \sim & {30\text{ cm (high-speed electronics, GHz}} \\ {\text{1 ps}} & \sim & {300\ \mu\text{m}} \\ {\text{1 fs}} & \sim & {\text{300 nm}} \\ {1 \text{ as} = 10^{-18} s} & \sim & {\text{0.3 nm = 3} \mathring{A} \text{ (typ-lattice constant in metal)}} \end{array} \nonumber$$

Найкоротші імпульси, що генеруються на сьогоднішній день, становлять близько 4 - 5$(\lambda/c = 2.7$ фс при 800 нм фс), менше двох оптичних циклів і 250 як при 25 нм. Для малоциклових імпульсів важливе значення стає електричне поле, а не тільки інтенсивність!

Малюнок 1.2: Форма хвилі електричного поля імпульсу 5 fs на центральній довжині хвилі 800 нм. Електричне поле залежить від фази несучої оболонки.

середня потужність:

$$\begin{array} {cl} {P_{ave} \sim} & {\text{1W, up to 100 W in progress.}} \\ {\ } & {\text{kW possible, not yet pulsed}} \end{array} \nonumber$$

частоти повторення:

$$T_R^{-1} = f_R = \text{m Hz - 100 GHz}\nonumber$$

енергія імпульсу:

$$W = 1pJ - 1kJ\nonumber$$

ширина імпульсу:

$$\tau_{\text{FWHM}} = \begin{array} {ll} {\text{5 fs - 50 ps,}} & {\text{modelocked}} \\ {\text{30 ps - 100 ns,}} & {\text{Q - switched}} \end{array}\nonumber$$

пікова потужність:

$$P_p = \dfrac{\text{1 kJ}}{\text{1 ps}} \sim \text{1 PW},\nonumber$$

отриманий з Nd:Glass (LLNL - США, [1] [2] [3]).

Для типового лабораторного імпульсу пікова потужність становить

$$P_p = \dfrac{\text{10 nJ}}{\text{10 fs}} \sim \text{1 MW}\nonumber$$

пікове поле типового лабораторного імпульсу:

$$E_p = \sqrt{2 \times 377 \times \dfrac{10^6 \times 10^{12}}{\pi \times (1.5)^2}} \dfrac{\text{V}}{\text{m}} \approx 10^{10} \dfrac{\text{V}}{\text{m}} = \dfrac{10\text{V}}{\text{nm}}\nonumber$$