Controllo della larghezza dell'impulso dicontrollo degli impulsi lasertecnologia
Il controllo degli impulsi del laser è uno dei collegamenti chiave intecnologia laser, che influisce direttamente sulle prestazioni e sull'efficacia applicativa del laser. Questo articolo tratterà sistematicamente il controllo della larghezza di impulso, il controllo della frequenza di impulso e la relativa tecnologia di modulazione, cercando di essere professionale, completo e logico.
1. Concetto di larghezza di impulso
La larghezza di impulso del laser si riferisce alla durata dell'impulso laser, un parametro chiave per descrivere le caratteristiche temporali dell'uscita laser. Per i laser a impulsi ultrabrevi (come i laser a nanosecondi, picosecondi e femtosecondi), minore è la larghezza di impulso, maggiore è la potenza di picco e minore è l'effetto termico, caratteristiche adatte alla lavorazione di precisione o alla ricerca scientifica.
2. Fattori che influenzano la larghezza dell'impulso laser La larghezza dell'impulso laser è influenzata da diversi fattori, tra cui principalmente i seguenti aspetti:
a. Caratteristiche del mezzo di guadagno. Diversi tipi di mezzi di guadagno presentano una struttura dei livelli energetici e una durata della fluorescenza uniche, che influenzano direttamente la generazione e la durata dell'impulso laser. Ad esempio, i laser a stato solido, i cristalli Nd:YAG e i cristalli Ti:zaffiro sono comuni mezzi di guadagno per laser a stato solido. I laser a gas, come i laser ad anidride carbonica (CO₂) e i laser a elio-neon (HeNe), producono solitamente impulsi relativamente lunghi grazie alla loro struttura molecolare e alle proprietà dello stato eccitato; i laser a semiconduttore, controllando il tempo di ricombinazione dei portatori, possono raggiungere durate di impulso che vanno dai nanosecondi ai picosecondi.
La progettazione della cavità laser ha un impatto significativo sulla larghezza dell'impulso, tra cui: la lunghezza della cavità, la lunghezza della cavità laser determina il tempo necessario alla luce per viaggiare una volta e più volte nella cavità, una cavità più lunga porterà a una larghezza dell'impulso maggiore, mentre una cavità più corta è favorevole alla generazione di impulsi ultrabrevi; Riflettanza: un riflettore con elevata riflettanza può aumentare la densità dei fotoni nella cavità, migliorando così l'effetto di guadagno, ma una riflettanza troppo elevata può aumentare la perdita nella cavità e influire sulla stabilità della larghezza dell'impulso; la posizione del mezzo di guadagno e la posizione del mezzo di guadagno nella cavità influenzeranno anche il tempo di interazione tra il fotone e il mezzo di guadagno e quindi influenzeranno la larghezza dell'impulso.
c. La tecnologia Q-switching e la tecnologia mode-locking sono due mezzi importanti per realizzare l'uscita laser a impulsi e la regolazione della larghezza degli impulsi.
d. Sorgente della pompa e modalità della pompa Anche la stabilità di potenza della sorgente della pompa e la scelta della modalità della pompa hanno un impatto importante sulla larghezza dell'impulso.
3. Metodi comuni di controllo della larghezza dell'impulso
a. Modificare la modalità di funzionamento del laser: la modalità di funzionamento del laser influirà direttamente sulla durata dell'impulso. La durata dell'impulso può essere controllata regolando i seguenti parametri: la frequenza e l'intensità della sorgente di pompaggio, l'energia in ingresso della sorgente di pompaggio e il grado di inversione della popolazione di particelle nel mezzo di guadagno; la riflettività della lente di uscita modifica l'efficienza di feedback nel risonatore, influenzando così il processo di formazione dell'impulso.
b. Controllo della forma dell'impulso: regolare indirettamente la larghezza dell'impulso modificando la forma dell'impulso laser.
c. Modulazione di corrente: modificando la corrente di uscita dell'alimentatore per regolare la distribuzione dei livelli di energia elettronica nel mezzo laser e quindi modificando la durata dell'impulso. Questo metodo ha una rapida velocità di risposta ed è adatto per scenari applicativi che richiedono una regolazione rapida.
d. Modulazione di commutazione: controllando lo stato di commutazione del laser per regolare la larghezza dell'impulso.
e. Controllo della temperatura: le variazioni di temperatura influiranno sulla struttura del livello energetico degli elettroni del laser, influenzando indirettamente la larghezza dell'impulso.
f. Utilizzare la tecnologia di modulazione: la tecnologia di modulazione è un mezzo efficace per controllare con precisione la larghezza dell'impulso.
Modulazione laserLa modulazione interna è una tecnologia che utilizza il laser come vettore e vi carica informazioni. In base alla relazione con il laser, può essere suddivisa in modulazione interna e modulazione esterna. La modulazione interna si riferisce alla modalità di modulazione in cui il segnale modulato viene caricato durante il processo di oscillazione laser per modificarne i parametri di oscillazione e quindi le caratteristiche di uscita del laser. La modulazione esterna si riferisce alla modalità di modulazione in cui il segnale di modulazione viene aggiunto dopo la formazione del laser e le proprietà di uscita del laser vengono modificate senza modificarne i parametri di oscillazione.
La tecnologia di modulazione può anche essere classificata in base alle forme di modulazione della portante, tra cui modulazione analogica, modulazione a impulsi, modulazione digitale (modulazione a codice di impulsi); in base ai parametri di modulazione, si divide in modulazione di intensità e modulazione di fase.
Modulatore di intensità:La larghezza dell'impulso viene controllata regolando la variazione dell'intensità della luce laser.
Modulatore di fase: La larghezza dell'impulso viene regolata modificando la fase dell'onda luminosa.
Amplificatore ad aggancio di fase: tramite la modulazione dell'amplificatore ad aggancio di fase, è possibile regolare con precisione la larghezza dell'impulso laser.
Data di pubblicazione: 24-03-2025