Kontrola szerokości impulsusterowanie impulsem laserowymtechnologia
Sterowanie impulsowe lasera jest jednym z kluczowych ogniwtechnologia laserowa, co bezpośrednio wpływa na wydajność i efekt zastosowania lasera. Niniejszy artykuł systematycznie omawia sterowanie szerokością impulsu, sterowanie częstotliwością impulsu i powiązaną technologię modulacji, dążąc do profesjonalizmu, kompleksowości i logiki.
1. Pojęcie szerokości impulsu
Szerokość impulsu lasera odnosi się do czasu trwania impulsu laserowego, który jest kluczowym parametrem opisującym charakterystykę czasową wyjścia lasera. W przypadku laserów o ultrakrótkich impulsach (takich jak lasery nanosekundowe, pikosekundowe i femtosekundowe), im krótsza szerokość impulsu, tym wyższa moc szczytowa i mniejszy efekt termiczny, co jest przydatne w precyzyjnej obróbce lub badaniach naukowych.
2. Czynniki wpływające na szerokość impulsu lasera Na szerokość impulsu lasera wpływa wiele czynników, wśród których najważniejsze to:
a. Charakterystyka ośrodka wzmocnienia. Różne rodzaje ośrodków wzmocnienia charakteryzują się unikalną strukturą poziomów energetycznych i czasem życia fluorescencji, co bezpośrednio wpływa na generowanie i szerokość impulsu laserowego. Na przykład lasery półprzewodnikowe, kryształy Nd:YAG i kryształy Ti:Szafir są powszechnymi ośrodkami laserowymi ciała stałego. Lasery gazowe, takie jak lasery na dwutlenku węgla (CO₂) i lasery helowo-neonowe (HeNe), zazwyczaj generują stosunkowo długie impulsy ze względu na swoją strukturę molekularną i właściwości stanu wzbudzonego; lasery półprzewodnikowe, kontrolując czas rekombinacji nośników, mogą osiągać szerokości impulsów od nanosekund do pikosekund.
Konstrukcja wnęki lasera ma znaczący wpływ na szerokość impulsu, w tym: długość wnęki. Długość wnęki lasera określa czas potrzebny światłu na ponowne przebycie drogi we wnęce. Dłuższa wnęka oznacza dłuższą szerokość impulsu, natomiast krótsza wnęka sprzyja generowaniu ultrakrótkich impulsów. Odbicie: Reflektor o wysokim współczynniku odbicia może zwiększyć gęstość fotonów we wnęce, poprawiając w ten sposób efekt wzmocnienia, ale zbyt wysokie odbicie może zwiększyć straty we wnęce i wpłynąć na stabilność szerokości impulsu. Położenie ośrodka wzmocnienia i położenie ośrodka wzmocnienia we wnęce również wpływa na czas interakcji między fotonem a ośrodkiem wzmocnienia, a następnie wpływa na szerokość impulsu.
c. Technologia Q-switching i technologia blokowania modów to dwa ważne sposoby realizacji impulsowego sygnału laserowego i regulacji szerokości impulsu.
d. Źródło zasilania pompy i tryb pracy pompy Stabilność mocy źródła zasilania pompy i wybór trybu pracy pompy mają również istotny wpływ na szerokość impulsu.
3. Typowe metody sterowania szerokością impulsu
a. Zmiana trybu pracy lasera: tryb pracy lasera ma bezpośredni wpływ na szerokość impulsu. Szerokość impulsu można kontrolować, dostosowując następujące parametry: częstotliwość i intensywność źródła pompującego, energię wejściową źródła pompującego oraz stopień inwersji populacji cząstek w ośrodku wzmocnienia. Współczynnik odbicia soczewki wyjściowej zmienia wydajność sprzężenia zwrotnego w rezonatorze, wpływając tym samym na proces formowania impulsu.
b. Kontrola kształtu impulsu: pośrednia regulacja szerokości impulsu poprzez zmianę kształtu impulsu laserowego.
c. Modulacja prądu: Poprzez zmianę prądu wyjściowego zasilacza w celu regulacji rozkładu poziomów energii elektronów w ośrodku laserowym, a następnie zmianę szerokości impulsu. Ta metoda charakteryzuje się dużą szybkością reakcji i nadaje się do zastosowań wymagających szybkiej regulacji.
d. Modulacja przełączająca: poprzez kontrolowanie stanu przełączania lasera w celu dostosowania szerokości impulsu.
e. Kontrola temperatury: zmiany temperatury wpływają na strukturę poziomu energii elektronów lasera, pośrednio wpływając na szerokość impulsu.
f. Wykorzystaj technologię modulacji: Technologia modulacji jest skutecznym sposobem dokładnego kontrolowania szerokości impulsu.
Modulacja laserowaTechnologia ta wykorzystuje laser jako nośnik i ładuje na niego informacje. Ze względu na związek z laserem, modulację można podzielić na wewnętrzną i zewnętrzną. Modulacja wewnętrzna odnosi się do trybu modulacji, w którym sygnał modulowany jest ładowany w procesie oscylacji lasera, aby zmienić parametry oscylacji lasera, a tym samym zmienić charakterystykę wyjściową lasera. Modulacja zewnętrzna odnosi się do trybu modulacji, w którym sygnał modulujący jest dodawany po uformowaniu lasera, a właściwości wyjściowe lasera ulegają zmianie bez zmiany parametrów oscylacji lasera.
Technologię modulacji można również klasyfikować według form modulacji nośnej, w tym modulacji analogowej, modulacji impulsowej, modulacji cyfrowej (modulacji kodowo-impulsowej). Według parametrów modulacji dzieli się ją na modulację intensywności i modulację fazy.
Modulator intensywności:Szerokość impulsu kontrolowana jest poprzez zmianę natężenia światła laserowego.
Modulator fazy:Szerokość impulsu jest regulowana poprzez zmianę fazy fali świetlnej.
Wzmacniacz z synchronizacją fazową: dzięki modulacji wzmacniacza z synchronizacją fazową szerokość impulsu lasera może być dokładnie regulowana.
Czas publikacji: 24-03-2025