Контроль частоты импульсовтехнология управления лазерным импульсом
1. Понятие частоты импульсов (частота повторения лазерных импульсов) относится к числу лазерных импульсов, испускаемых в единицу времени, обычно в герцах (Гц). Высокочастотные импульсы подходят для задач с высокой частотой повторения, в то время как низкочастотные импульсы подходят для задач с высокоэнергетическими одиночными импульсами.
2. Соотношение между мощностью, длительностью импульса и частотой. Прежде чем приступать к управлению частотой лазера, необходимо объяснить соотношение между мощностью, длительностью импульса и частотой. Мощность лазера, частота и длительность импульса находятся в сложном взаимодействии, и регулировка одного из параметров обычно требует учета двух других для оптимизации эффекта применения.
3. Распространенные методы управления частотой импульсов
а. Режим внешнего управления загружает частотный сигнал вне источника питания и регулирует частоту лазерных импульсов, управляя частотой и скважностью сигнала нагрузки. Это позволяет синхронизировать выходной импульс с сигналом нагрузки, что делает его пригодным для приложений, требующих точного управления.
b. Режим внутреннего управления. Сигнал управления частотой встроен в источник питания привода, без дополнительного внешнего сигнала. Пользователи могут выбирать между фиксированной встроенной частотой или регулируемой внутренней частотой управления для большей гибкости.
в. Регулировка длины резонатора илиэлектрооптический модуляторЧастотные характеристики лазера можно изменять, регулируя длину резонатора или используя электрооптический модулятор. Этот метод высокочастотной регулировки часто используется в приложениях, требующих более высокой средней мощности и более короткой длительности импульса, например, в лазерной микрообработке и медицинской визуализации.
d. Акустооптический модулятор(АОМ-модулятор) является важным инструментом для управления частотой импульсов в технологии управления лазерными импульсами.Модулятор АОМиспользует акустооптический эффект (то есть механическое колебательное давление звуковой волны изменяет показатель преломления) для модуляции и управления лазерным лучом.
4. Технология внутрирезонаторной модуляции. По сравнению с внешней модуляцией, внутрирезонаторная модуляция позволяет более эффективно генерировать высокую энергию и пиковую мощность.импульсный лазерНиже приведены четыре распространённых метода внутрирезонаторной модуляции:
а. Переключение усиления путем быстрой модуляции источника накачки обеспечивает быстрое установление инверсии числа частиц в среде усиления и коэффициента усиления, превышая частоту вынужденного излучения, что приводит к резкому увеличению числа фотонов в резонаторе и генерации коротких лазерных импульсов. Этот метод особенно распространен в полупроводниковых лазерах, способных генерировать импульсы длительностью от наносекунд до десятков пикосекунд с частотой повторения в несколько гигагерц, и широко используется в области оптической связи с высокой скоростью передачи данных.
Модулятор добротности (Q-switching). Модуляторы добротности подавляют оптическую обратную связь, внося большие потери в резонатор лазера, что позволяет процессу накачки вызывать инверсию популяции частиц далеко за порогом, запасая большое количество энергии. Затем потери в резонаторе быстро уменьшаются (то есть добротность резонатора увеличивается), и оптическая обратная связь снова включается, так что накопленная энергия высвобождается в виде сверхкоротких импульсов высокой интенсивности.
c. Синхронизация мод генерирует сверхкороткие импульсы пикосекундного или даже фемтосекундного уровня, управляя фазовым соотношением между различными продольными модами в резонаторе лазера. Технология синхронизации мод подразделяется на пассивную и активную.
d. Опорожнение полости Путем накопления энергии в фотонах в резонаторе с использованием зеркала полости с низкими потерями для эффективного связывания фотонов, поддерживая состояние с низкими потерями в полости в течение определенного периода времени. После одного цикла обхода сильный импульс «сбрасывается» из полости путем быстрого переключения внутреннего элемента полости, такого как акустооптический модулятор или электрооптический затвор, и испускается короткий лазерный импульс. По сравнению с модуляцией добротности, опорожнение полости может поддерживать ширину импульса в несколько наносекунд при высоких частотах повторения (например, несколько мегагерц) и обеспечивать более высокие энергии импульсов, особенно для приложений, требующих высоких частот повторения и коротких импульсов. В сочетании с другими методами генерации импульсов энергия импульса может быть дополнительно улучшена.
Контроль пульсалазерЭто сложный и важный процесс, включающий управление шириной и частотой импульсов, а также множество методов модуляции. Благодаря разумному выбору и применению этих методов, характеристики лазера можно точно регулировать в соответствии с требованиями различных сценариев применения. В будущем, с постоянным появлением новых материалов и технологий, технология управления импульсами лазеров приведет к новым прорывам и будет способствовать развитиюлазерная технологияв направлении большей точности и более широкого применения.
Время публикации: 25 марта 2025 г.