Kontrola częstotliwości impulsówtechnologia sterowania impulsem laserowym
1. Pojęcie częstotliwości impulsów, szybkość impulsów laserowych (Pulse Repetition Rate) odnosi się do liczby impulsów laserowych emitowanych w jednostce czasu, zwykle w hercach (Hz). Impulsy o wysokiej częstotliwości nadają się do zastosowań o wysokiej częstotliwości powtarzania, podczas gdy impulsy o niskiej częstotliwości nadają się do zadań pojedynczego impulsu o wysokiej energii.
2. Związek między mocą, szerokością impulsu i częstotliwością Przed kontrolą częstotliwości lasera należy najpierw wyjaśnić związek między mocą, szerokością impulsu i częstotliwością. Istnieje złożona interakcja między mocą lasera, częstotliwością i szerokością impulsu, a dostosowanie jednego z parametrów zwykle wymaga uwzględnienia dwóch pozostałych parametrów w celu zoptymalizowania efektu zastosowania.
3. Typowe metody sterowania częstotliwością impulsów
a. Tryb sterowania zewnętrznego ładuje sygnał częstotliwości poza zasilaczem i dostosowuje częstotliwość impulsu lasera poprzez kontrolowanie częstotliwości i współczynnika wypełnienia sygnału obciążenia. Pozwala to na synchronizację impulsu wyjściowego z sygnałem obciążenia, co czyni go odpowiednim do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli.
b. Tryb sterowania wewnętrznego Sygnał sterowania częstotliwością jest wbudowany w zasilacz napędu, bez dodatkowego zewnętrznego sygnału wejściowego. Użytkownicy mogą wybierać między stałą wbudowaną częstotliwością lub regulowaną wewnętrzną częstotliwością sterowania, aby uzyskać większą elastyczność.
c. Regulacja długości rezonatora lubmodulator elektrooptycznyCharakterystykę częstotliwości lasera można zmienić, dostosowując długość rezonatora lub stosując modulator elektrooptyczny. Ta metoda regulacji wysokiej częstotliwości jest często stosowana w zastosowaniach wymagających wyższej średniej mocy i krótszych szerokości impulsów, takich jak mikroobróbka laserowa i obrazowanie medyczne.
d. Modulator akustyczno-optyczny(Modulator AOM) jest ważnym narzędziem do sterowania częstotliwością impulsów w technologii sterowania impulsami laserowymi.Modulator AOMwykorzystuje efekt akustooptyczny (czyli mechaniczne ciśnienie oscylacji fali dźwiękowej zmienia współczynnik załamania światła) do modulacji i sterowania wiązką laserową.
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 poprzez szybką modulację źródła pompy, inwersja liczby cząstek ośrodka wzmocnienia i współczynnik wzmocnienia są szybko ustalane, przekraczając stymulowaną szybkość promieniowania, co skutkuje gwałtownym wzrostem fotonów w jamie i generacją krótkiego impulsu laserowego. Ta metoda jest szczególnie powszechna w laserach półprzewodnikowych, które mogą wytwarzać impulsy od nanosekund do dziesiątek pikosekund, z częstotliwością powtarzania kilku gigaherców i jest szeroko stosowana w dziedzinie komunikacji optycznej z wysokimi szybkościami transmisji danych.
Przełącznik Q (przełączanie Q) Przełączniki Q tłumią sprzężenie zwrotne optyczne, wprowadzając wysokie straty w komorze lasera, co pozwala procesowi pompowania na wytworzenie odwrócenia populacji cząstek daleko poza progiem, przechowując dużą ilość energii. Następnie strata w komorze jest szybko zmniejszana (czyli wartość Q komory jest zwiększana), a sprzężenie zwrotne optyczne jest ponownie włączane, tak że zmagazynowana energia jest uwalniana w postaci ultrakrótkich impulsów o wysokiej intensywności.
c. Blokada modów generuje ultrakrótkie impulsy pikosekundowe lub nawet femtosekundowe poprzez kontrolowanie relacji fazowej między różnymi modami podłużnymi w komorze lasera. Technologia blokowania modów dzieli się na pasywne blokowanie modów i aktywne blokowanie modów.
d. Zrzucanie wnęki Poprzez magazynowanie energii w fotonach w rezonatorze, przy użyciu lustra wnęki o niskiej stracie, aby skutecznie wiązać fotony, utrzymując stan niskiej straty w wnęce przez pewien czas. Po jednym cyklu obiegu, silny impuls jest „zrzucany” z wnęki poprzez szybkie przełączenie wewnętrznego elementu wnęki, takiego jak modulator akustooptyczny lub migawka elektrooptyczna, a następnie emitowany jest laser o krótkim impulsie. W porównaniu do przełączania Q, 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, energię impulsu można jeszcze bardziej poprawić.
Kontrola pulsulaserjest skomplikowanym i ważnym procesem, który obejmuje kontrolę szerokości impulsu, kontrolę częstotliwości impulsu i wiele technik modulacji. Poprzez rozsądny wybór i zastosowanie tych metod wydajność lasera może być dokładnie dostosowana do potrzeb różnych scenariuszy zastosowań. W przyszłości, wraz z ciągłym pojawianiem się nowych materiałów i nowych technologii, technologia kontroli impulsów laserów zapoczątkuje więcej przełomów i będzie promować rozwójtechnologia laserowaw kierunku większej precyzji i szerszego zastosowania.
Czas publikacji: 25-03-2025