La conmutación de ganancia es una técnica en óptica mediante la cual se puede hacer que un láser produzca pulsos de luz de duración extremadamente corta, del orden de picosegundos ( 10 −12 s ). [1] [2]
En un láser semiconductor , los pulsos ópticos se generan inyectando muchos portadores ( electrones ) en la región activa del dispositivo, lo que hace que la densidad de portadores en esa región pase de estar por debajo del umbral láser a estar por encima . Cuando la densidad de portadores supera ese valor, la emisión estimulada resultante genera muchos fotones.
Sin embargo, como resultado de la emisión estimulada, los portadores se agotan más rápido de lo que se inyectan. Por lo tanto, la densidad de portadores finalmente vuelve a caer por debajo del umbral de emisión láser , lo que da como resultado la terminación de la salida óptica. Si la inyección de portadores no ha cesado durante este período, entonces la densidad de portadores en la región activa puede aumentar una vez más y el proceso se repetirá.
La figura de la derecha muestra un pulso típico generado por conmutación de ganancia con una corriente de inyección sinusoidal a 250 MHz que produce un pulso de aproximadamente 50 ps. La densidad de portadora se agota durante el pulso y, posteriormente, aumenta debido a la inyección de corriente continua, lo que produce un pulso secundario más pequeño. Si la corriente de inyección se desconecta rápidamente en el momento adecuado, por ejemplo, utilizando un circuito de diodo de recuperación por pasos , se puede generar un solo pulso de luz de 50 ps.
En el caso de los láseres de colorante y de estado sólido , la conmutación de ganancia (o bombeo sincrónico ) suele implicar que el medio de ganancia del láser se bombee con otro láser pulsado. Dado que los pulsos de bombeo son de corta duración, la ganancia óptica solo está presente en el láser durante un breve período de tiempo, lo que da como resultado una salida pulsada. La conmutación Q se utiliza con más frecuencia para producir una salida pulsada a partir de estos tipos de láser, ya que se pueden lograr pulsos con una potencia pico mucho mayor.
El término "conmutación de ganancia" deriva del hecho de que la ganancia óptica es negativa cuando la densidad de portadora o la intensidad de bombeo en la región activa del dispositivo está por debajo del umbral, y cambia a un valor positivo cuando la densidad de portadora o la intensidad de bombeo excede el umbral láser.