Laserpulssien säätötekniikan pulssitaajuuden säätö

Pulssitaajuuden säätölaserpulssien ohjaustekniikka

1. Pulssitaajuuden, laserpulssinopeuden (pulssin toistonopeuden) käsite viittaa aikayksikköä kohti lähetettyjen laserpulssien määrään, yleensä hertseinä (Hz). Korkeataajuiset pulssit soveltuvat suuren toistotaajuuden sovelluksiin, kun taas matalataajuiset pulssit sopivat suuren energian omaaviin yksittäispulssitehtäviin.

2. Tehon, pulssinleveyden ja taajuuden välinen suhde Ennen laserin taajuuden säätöä on ensin selitettävä tehon, pulssinleveyden ja taajuuden välinen suhde. Laserin tehon, taajuuden ja pulssinleveyden välillä on monimutkainen vuorovaikutus, ja yhden parametrin säätäminen edellyttää yleensä kahden muun parametrin huomioon ottamista sovelluksen vaikutuksen optimoimiseksi.

3. Yleiset pulssitaajuuden säätömenetelmät

a. Ulkoinen ohjaustila lataa taajuussignaalin virtalähteen ulkopuolelta ja säätää laserpulssin taajuutta ohjaamalla kuormitussignaalin taajuutta ja käyttösuhdetta. Tämä mahdollistaa lähtöpulssin synkronoinnin kuormitussignaalin kanssa, mikä tekee siitä sopivan sovelluksiin, jotka vaativat tarkkaa ohjausta.

b. Sisäinen ohjaustila Taajuussäätösignaali on sisäänrakennettu taajuusmuuttajan virtalähteeseen ilman ulkoista signaalituloa. Käyttäjät voivat valita kiinteän sisäänrakennetun taajuuden tai säädettävän sisäisen ohjaustaajuuden, mikä lisää joustavuutta.

c. Resonaattorin pituuden säätäminen taisähköoptinen modulaattoriLaserin taajuusominaisuuksia voidaan muuttaa säätämällä resonaattorin pituutta tai käyttämällä sähköoptista modulaattoria. Tätä korkeataajuisen säätömenetelmää käytetään usein sovelluksissa, jotka vaativat suurempaa keskimääräistä tehoa ja lyhyempiä pulssinleveyksiä, kuten lasermikrokoneistuksessa ja lääketieteellisessä kuvantamisessa.

d. Acousto-optinen modulaattori(AOM-modulaattori) on tärkeä työkalu laserpulssien säätötekniikan pulssitaajuuden säätöön.AOM-modulaattorikäyttää akusto-optista ilmiötä (eli ääniaallon mekaanista värähtelypainetta, joka muuttaa taitekerrointa) lasersäteen modulointiin ja ohjaamiseen.

4. Sisäontelon modulaatiotekniikka verrattuna ulkoiseen modulaatioon, sisäontelon modulaatio voi tehokkaammin tuottaa paljon energiaa ja huipputehoapulssilaserSeuraavat ovat neljä yleistä ontelon sisäistä modulaatiotekniikkaa:

a. Vahvistuksen kytkentä Pumppulähteen nopealla moduloinnilla vahvistusväliaineen hiukkasmäärän inversio ja vahvistuskerroin muodostuvat nopeasti, ylittäen stimuloidun säteilynopeuden, mikä johtaa fotonien jyrkkään kasvuun ontelossa ja lyhytpulssilaserin syntymiseen. Tämä menetelmä on erityisen yleinen puolijohdelasereissa, jotka voivat tuottaa pulsseja nanosekunneista kymmeniin pikosekunteihin useiden gigahertsien toistotaajuudella, ja sitä käytetään laajalti optisen viestinnän alalla suurilla tiedonsiirtonopeuksilla.

Q-kytkin (Q-kytkentä) Q-kytkimet estävät optisen takaisinkytkennän aiheuttamalla suuria häviöitä laseronteloon, jolloin pumppausprosessi voi tuottaa hiukkaspopulaation kääntymisen paljon kynnysarvoa suuremmaksi ja varastoida suuren määrän energiaa. Tämän seurauksena ontelon häviöt pienenevät nopeasti (eli ontelon Q-arvo kasvaa), ja optinen takaisinkytkentä kytkeytyy uudelleen päälle, jolloin varastoitu energia vapautuu erittäin lyhyinä, suuritehoisina pulsseina.

c. Moodilukitus tuottaa pikosekunnin tai jopa femtosekunnin tason erittäin lyhyitä pulsseja ohjaamalla laserontelon eri pitkittäisten moodien välistä vaihesuhdetta. Moodilukitustekniikka jaetaan passiiviseen moodilukitukseen ja aktiiviseen moodilukitukseen.

d. Ontelon tyhjennys Varastoimalla energiaa resonaattorin fotoneihin ja käyttämällä pienihäviöistä ontelopeiliä fotonien tehokkaaseen sitomiseen, ylläpidetään pienihäviöistä tilaa ontelossa tietyn ajan. Yhden edestakaisen syklin jälkeen voimakas pulssi "dumppataan" ulos ontelosta kytkemällä nopeasti sisäinen onteloelementti, kuten akustis-optinen modulaattori tai sähköoptinen suljin, ja lyhytpulssilaser lähetetään. Q-kytkentään verrattuna ontelon tyhjennys voi ylläpitää useiden nanosekuntien pulssinleveyttä suurilla toistonopeuksilla (kuten useilla megahertseillä) ja mahdollistaa suuremmat pulssienergiat, erityisesti sovelluksissa, jotka vaativat suuria toistonopeuksia ja lyhyitä pulsseja. Yhdistettynä muihin pulssinmuodostustekniikoihin pulssienergiaa voidaan parantaa entisestään.

Pulssin säätölaseron monimutkainen ja tärkeä prosessi, johon liittyy pulssinleveyden säätö, pulssin taajuuden säätö ja monia modulointitekniikoita. Näiden menetelmien kohtuullisen valinnan ja soveltamisen avulla laserin suorituskykyä voidaan säätää tarkasti erilaisten sovellusskenaarioiden tarpeisiin. Tulevaisuudessa uusien materiaalien ja teknologioiden jatkuvan kehittymisen myötä lasereiden pulssisäätötekniikka tuo mukanaan lisää läpimurtoja ja edistää kehitystä.lasertekniikkakohti suurempaa tarkkuutta ja laajempaa soveltamista.