Controllo della frequenza degli impulsi della tecnologia di controllo degli impulsi laser

Controllo della frequenza degli impulsi ditecnologia di controllo degli impulsi laser

1. Il concetto di frequenza degli impulsi, o frequenza degli impulsi laser (Pulse Repetition Rate), si riferisce al numero di impulsi laser emessi per unità di tempo, solitamente in Hertz (Hz). Gli impulsi ad alta frequenza sono adatti per applicazioni ad alta frequenza di ripetizione, mentre gli impulsi a bassa frequenza sono adatti per applicazioni ad alta energia con singolo impulso.

2. La relazione tra potenza, durata dell'impulso e frequenza. Prima di iniziare il controllo della frequenza laser, è necessario spiegare la relazione tra potenza, durata dell'impulso e frequenza. Esiste una complessa interazione tra potenza laser, frequenza e durata dell'impulso, e la regolazione di uno dei parametri richiede solitamente la considerazione degli altri due per ottimizzare l'effetto dell'applicazione.

3. Metodi comuni di controllo della frequenza degli impulsi

a. La modalità di controllo esterno carica il segnale di frequenza esternamente all'alimentatore e regola la frequenza dell'impulso laser controllando la frequenza e il duty cycle del segnale di carico. Ciò consente la sincronizzazione dell'impulso in uscita con il segnale di carico, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono un controllo preciso.

b. Modalità di controllo interno: il segnale di controllo della frequenza è integrato nell'alimentatore del convertitore, senza necessità di ulteriore ingresso di segnale esterno. Gli utenti possono scegliere tra una frequenza integrata fissa o una frequenza di controllo interna regolabile per una maggiore flessibilità.

c. Regolazione della lunghezza del risonatore omodulatore elettro-otticoLe caratteristiche di frequenza del laser possono essere modificate regolando la lunghezza del risonatore o utilizzando un modulatore elettro-ottico. Questo metodo di regolazione ad alta frequenza è spesso utilizzato in applicazioni che richiedono una potenza media più elevata e durate di impulso più brevi, come la microlavorazione laser e l'imaging medico.

d. Modulatore acusto-ottico(AOM Modulator) è uno strumento importante per il controllo della frequenza degli impulsi della tecnologia di controllo degli impulsi laser.Modulatore AOMutilizza l'effetto acusto-ottico (vale a dire, la pressione di oscillazione meccanica dell'onda sonora modifica l'indice di rifrazione) per modulare e controllare il raggio laser.

4. Tecnologia di modulazione intracavità: rispetto alla modulazione esterna, la modulazione intracavità può generare in modo più efficiente energia elevata, potenza di piccolaser a impulsiDi seguito sono riportate quattro comuni tecniche di modulazione intracavitaria:

a. Commutazione del guadagno: modulando rapidamente la sorgente di pompaggio, l'inversione del numero di particelle del mezzo di guadagno e il coefficiente di guadagno vengono stabiliti rapidamente, superando la frequenza di radiazione stimolata, con conseguente forte aumento dei fotoni nella cavità e la generazione di impulsi laser brevi. Questo metodo è particolarmente comune nei laser a semiconduttore, che possono produrre impulsi da nanosecondi a decine di picosecondi, con una frequenza di ripetizione di diversi gigahertz, ed è ampiamente utilizzato nel campo delle comunicazioni ottiche con elevate velocità di trasmissione dati.

Interruttore Q (Q-switching) Gli interruttori Q sopprimono il feedback ottico introducendo elevate perdite nella cavità laser, consentendo al processo di pompaggio di produrre un'inversione della popolazione di particelle ben oltre la soglia, immagazzinando una grande quantità di energia. Successivamente, la perdita nella cavità viene rapidamente ridotta (ovvero, il valore Q della cavità viene aumentato) e il feedback ottico viene riattivato, in modo che l'energia immagazzinata venga rilasciata sotto forma di impulsi ultrabrevi ad alta intensità.

c. Il mode lock genera impulsi ultrabrevi dell'ordine dei picosecondi o addirittura dei femtosecondi controllando la relazione di fase tra i diversi modi longitudinali nella cavità laser. La tecnologia di mode lock si divide in mode lock passivo e mode lock attivo.

d. Svuotamento della cavità Immagazzinando energia nei fotoni nel risonatore, utilizzando uno specchio di cavità a bassa perdita per legare efficacemente i fotoni, mantenendo uno stato di bassa perdita nella cavità per un certo periodo di tempo. Dopo un ciclo di andata e ritorno, l'impulso forte viene "scaricato" fuori dalla cavità commutando rapidamente l'elemento interno della cavità, come un modulatore acusto-ottico o un otturatore elettro-ottico, e viene emesso un laser a impulso breve. Rispetto al Q-switching, lo svuotamento della cavità può mantenere una larghezza di impulso di diversi nanosecondi ad alte frequenze di ripetizione (come diversi megahertz) e consentire energie di impulso più elevate, soprattutto per applicazioni che richiedono alte frequenze di ripetizione e impulsi brevi. In combinazione con altre tecniche di generazione di impulsi, l'energia di impulso può essere ulteriormente migliorata.

Controllo degli impulsi dilaserè un processo complesso e importante, che coinvolge il controllo della larghezza e della frequenza degli impulsi e numerose tecniche di modulazione. Attraverso una selezione e un'applicazione ponderate di questi metodi, le prestazioni del laser possono essere regolate con precisione per soddisfare le esigenze di diversi scenari applicativi. In futuro, con la continua evoluzione di nuovi materiali e nuove tecnologie, la tecnologia di controllo degli impulsi dei laser porterà a ulteriori innovazioni e promuoverà lo sviluppo ditecnologia lasernella direzione di una maggiore precisione e di un'applicazione più ampia.