Kontrola częstotliwości impulsów w technologii sterowania impulsami laserowymi

Kontrola częstotliwości impulsówtechnologia sterowania impulsem laserowym

1. Pojęcie częstotliwości impulsów, czyli częstotliwości impulsów laserowych (Pulse Repetition Rate – PRP) odnosi się do liczby impulsów laserowych emitowanych w jednostce czasu, zazwyczaj w hercach (Hz). Impulsy o wysokiej częstotliwości są odpowiednie do zastosowań wymagających wysokiej częstotliwości powtarzania, natomiast impulsy o niskiej częstotliwości są odpowiednie do zadań wymagających dużej energii pojedynczego impulsu.

2. Zależność między mocą, szerokością impulsu i częstotliwością. Przed rozpoczęciem regulacji częstotliwości lasera należy najpierw wyjaśnić zależność między mocą, szerokością impulsu i częstotliwością. Istnieje złożona interakcja między mocą lasera, częstotliwością i szerokością impulsu, a dostosowanie jednego z parametrów zazwyczaj wymaga uwzględnienia dwóch pozostałych, aby zoptymalizować efekt aplikacji.

3. Typowe metody sterowania częstotliwością impulsów

a. Tryb sterowania zewnętrznego pobiera sygnał częstotliwości spoza zasilacza i reguluje częstotliwość impulsu lasera poprzez sterowanie częstotliwością i współczynnikiem wypełnienia sygnału obciążenia. Pozwala to na synchronizację impulsu wyjściowego z sygnałem obciążenia, co czyni go odpowiednim do zastosowań wymagających precyzyjnego sterowania.

b. Tryb sterowania wewnętrznego. Sygnał sterujący częstotliwością jest wbudowany w zasilacz napędu, bez dodatkowego sygnału zewnętrznego. Użytkownicy mogą wybierać między stałą częstotliwością wbudowaną a regulowaną częstotliwością sterowania wewnętrznego, co zapewnia większą elastyczność.

c. Regulacja długości rezonatora lubmodulator elektrooptycznyCharakterystykę częstotliwościową lasera można zmienić poprzez regulację długości rezonatora lub zastosowanie modulatora elektrooptycznego. Ta metoda regulacji wysokiej częstotliwości jest często stosowana w zastosowaniach wymagających wyższej mocy średniej i krótszych szerokości impulsów, takich jak mikroobróbka laserowa i obrazowanie medyczne.

d. Modulator akustooptyczny(Modulator AOM) jest ważnym narzędziem do sterowania częstotliwością impulsów w technologii sterowania impulsami laserowymi.Modulator AOMwykorzystuje zjawisko akustooptyczne (czyli zmianę współczynnika załamania światła pod wpływem mechanicznego ciśnienia oscylacji fali dźwiękowej) w celu modulacji i kontroli wiązki laserowej.

4. Technologia modulacji wewnątrzjamowej, w porównaniu z modulacją zewnętrzną, pozwala na wydajniejsze generowanie dużej energii i mocy szczytowejlaser pulsacyjnyPoniżej przedstawiono cztery powszechnie stosowane techniki modulacji wewnątrzjamowej:

a. Przełączanie wzmocnienia (Gain Switching) poprzez szybką modulację źródła pompującego, szybko ustala inwersję liczby cząstek ośrodka wzmacniającego i współczynnik wzmocnienia, przekraczając częstotliwość stymulowanego promieniowania, co skutkuje gwałtownym wzrostem liczby fotonów we wnęce i generowaniem krótkich impulsów laserowych. Metoda ta jest szczególnie powszechna w laserach półprzewodnikowych, które mogą generować impulsy od nanosekund do dziesiątek pikosekund, z częstotliwością repetycji rzędu kilku gigaherców, i jest szeroko stosowana w dziedzinie komunikacji optycznej o wysokiej szybkości transmisji danych.

Przełącznik Q (przełączanie Q) tłumi sprzężenie zwrotne optyczne poprzez wprowadzenie wysokich strat w komorze lasera, co pozwala procesowi pompowania na odwrócenie populacji cząstek daleko poza progiem, gromadząc dużą ilość energii. Następnie straty w komorze ulegają gwałtownemu zmniejszeniu (tj. wzrasta wartość Q komory), a sprzężenie zwrotne optyczne zostaje ponownie włączone, dzięki czemu zmagazynowana energia jest uwalniana w postaci ultrakrótkich impulsów o wysokiej intensywności.

c. Blokada modów generuje ultrakrótkie impulsy o częstotliwości pikosekundowej, a nawet femtosekundowej, kontrolując zależność fazową między różnymi modami podłużnymi w rezonatorze lasera. Technologia blokady modów dzieli się na pasywną i aktywną.

d. Cavity Dumping Poprzez magazynowanie energii fotonów w rezonatorze, przy użyciu zwierciadła wnękowego o niskiej stracie, aby skutecznie wiązać fotony, utrzymując stan niskiej straty we wnęce przez pewien czas. Po jednym cyklu obiegu, silny impuls jest „wyrzucany” z wnęki przez szybkie przełączenie wewnętrznego elementu wnęki, takiego jak modulator akustooptyczny lub migawka elektrooptyczna, a następnie emitowany jest laser o krótkim impulsie. W porównaniu do przełączania dobroci, opróżnianie wnęki może utrzymać szerokość impulsu kilku nanosekund przy wysokich częstotliwościach powtarzania (takich jak kilka megaherców) i umożliwia wyższe energie impulsów, szczególnie w zastosowaniach wymagających wysokich częstotliwości powtarzania i krótkich impulsów. W połączeniu z innymi technikami generowania impulsów, energia impulsu może zostać dodatkowo poprawiona.

Kontrola pulsulaserTo skomplikowany i ważny proces, który obejmuje kontrolę szerokości impulsu, kontrolę częstotliwości impulsu oraz wiele technik modulacji. Dzięki rozsądnemu doborowi i zastosowaniu tych metod, wydajność lasera można precyzyjnie dostosować do potrzeb różnych scenariuszy zastosowań. W przyszłości, wraz z ciągłym pojawianiem się nowych materiałów i technologii, technologia kontroli impulsów laserowych będzie prowadzić do kolejnych przełomów i promować rozwój.technologia laserowaw kierunku większej precyzji i szerszego zastosowania.