Управление шириной импульсауправление лазерным импульсомтехнология
Импульсное управление лазером является одним из ключевых звеньевлазерная технология, что напрямую влияет на производительность и эффективность применения лазера. В данной статье систематически рассматриваются управление шириной и частотой импульсов, а также связанные с ними технологии модуляции. Мы стремимся к профессионализму, полноте и логичности изложения.
1. Понятие длительности импульса
Длительность импульса лазера определяется длительностью лазерного импульса и является ключевым параметром, описывающим временные характеристики выходного излучения. Для лазеров с ультракороткими импульсами (таких как наносекундные, пикосекундные и фемтосекундные лазеры) чем короче длительность импульса, тем выше пиковая мощность и меньше тепловой эффект, что подходит для прецизионной обработки или научных исследований.
2. Факторы, влияющие на ширину импульса лазера. Ширина импульса лазера зависит от множества факторов, в основном следующих:
а. Характеристики активной среды. Различные типы активных сред обладают уникальной структурой энергетических уровней и временем жизни флуоресценции, которые напрямую влияют на генерацию и длительность лазерного импульса. Например, твердотельные лазеры, кристаллы Nd:YAG и кристаллы Ti:Sapphire являются распространёнными твердотельными лазерными средами. Газовые лазеры, такие как лазеры на диоксиде углерода (CO₂) и гелий-неоновые (He-Ne) лазеры, обычно генерируют относительно длинные импульсы благодаря своей молекулярной структуре и свойствам возбуждённого состояния; полупроводниковые лазеры, управляя временем рекомбинации носителей заряда, могут достигать длительности импульсов от наносекунд до пикосекунд.
Конструкция резонатора лазера оказывает значительное влияние на ширину импульса, в том числе: длина резонатора, длина резонатора лазера определяет время, необходимое для того, чтобы свет прошел один и тот же путь в резонаторе, более длинный резонатор приведет к большей ширине импульса, в то время как более короткий резонатор способствует генерации сверхкоротких импульсов; Отражение: отражатель с высоким коэффициентом отражения может увеличить плотность фотонов в резонаторе, тем самым улучшая эффект усиления, но слишком высокий коэффициент отражения может увеличить потери в резонаторе и повлиять на стабильность ширины импульса; Положение усиливающей среды и положение усиливающей среды в резонаторе также повлияют на время взаимодействия между фотоном и усиливающей средой, а затем повлияют на ширину импульса.
c. Технология модуляции добротности и технология синхронизации мод являются двумя важными способами реализации выходной мощности импульсного лазера и регулирования ширины импульса.
г. Источник накачки и режим накачки Стабильность мощности источника накачки и выбор режима накачки также оказывают важное влияние на ширину импульса.
3. Распространенные методы управления длительностью импульса
а. Изменение режима работы лазера: режим работы лазера напрямую влияет на длительность импульса. Длительность импульса можно контролировать, регулируя следующие параметры: частоту и интенсивность источника накачки, энергию, вкладываемую источником накачки, и степень инверсии населённости частиц в активной среде. Коэффициент отражения выходной линзы изменяет эффективность обратной связи в резонаторе, тем самым влияя на процесс формирования импульса.
б) Управление формой импульса: косвенная регулировка ширины импульса путем изменения формы лазерного импульса.
c. Модуляция тока: изменение выходного тока источника питания позволяет регулировать распределение электронных уровней энергии в лазерной среде с последующим изменением длительности импульса. Этот метод отличается высокой скоростью отклика и подходит для приложений, требующих быстрой настройки.
г. Модуляция переключения: управление состоянием переключения лазера для регулировки ширины импульса.
е. Контроль температуры: изменения температуры влияют на структуру уровней энергии электронов лазера, тем самым косвенно влияя на ширину импульса.
е. Использование технологии модуляции: Технология модуляции является эффективным средством точного управления шириной импульса.
Лазерная модуляцияТехнология использует лазер в качестве носителя информации и загружает в него информацию. В зависимости от взаимодействия с лазером модуляция подразделяется на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя модуляция относится к режиму модуляции, при котором модулированный сигнал загружается в процесс генерации лазера для изменения его параметров и, таким образом, выходных характеристик. Внешняя модуляция относится к режиму модуляции, при котором модулирующий сигнал добавляется после формирования лазера, и выходные характеристики лазера изменяются без изменения параметров генерации.
Технологию модуляции также можно классифицировать по формам модуляции несущей, включая аналоговую модуляцию, импульсную модуляцию, цифровую модуляцию (импульсно-кодовую модуляцию); в зависимости от параметров модуляции она подразделяется на модуляцию интенсивности и фазовую модуляцию.
модулятор интенсивности: Ширина импульса регулируется путем регулировки изменения интенсивности лазерного света.
Фазовый модулятор: Ширина импульса регулируется путем изменения фазы световой волны.
Фазовый усилитель: благодаря фазовой автоподстройке частоты модуляции можно точно регулировать ширину лазерного импульса.
Время публикации: 24 марта 2025 г.