เลเซอร์พัลส์กำลังสูงพร้อมโครงสร้าง MOPA แบบไฟเบอร์ทั้งหมด

เลเซอร์พัลส์กำลังสูงด้วยโครงสร้าง MOPA แบบเส้นใยทั้งหมด

โครงสร้างหลักของเลเซอร์ไฟเบอร์ประกอบด้วยโครงสร้างเรโซเนเตอร์เดี่ยว โครงสร้างแบบรวมลำแสง และโครงสร้างขยายกำลังแบบออสซิลเลติ้งมาสเตอร์ (MOPA) โครงสร้าง MOPA ได้กลายเป็นหนึ่งในจุดสำคัญด้านการวิจัยในปัจจุบัน เนื่องจากความสามารถในการให้ประสิทธิภาพสูงเลเซอร์แบบพัลส์เอาท์พุตพร้อมความกว้างพัลส์และความถี่การทำซ้ำที่ปรับได้ (เรียกว่าความกว้างพัลส์และความถี่การทำซ้ำ)

หลักการทำงานของเลเซอร์ MOPA มีดังนี้: ออสซิลเลเตอร์หลัก (MO) เป็นแหล่งเมล็ดพันธุ์ประสิทธิภาพสูงเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งสร้างสัญญาณแสงเมล็ดพร้อมพารามิเตอร์ที่ปรับได้ผ่านการมอดูเลตพัลส์โดยตรง ชุดควบคุมหลักแบบ Field Programmable Gate Array (FPGA) จะส่งสัญญาณกระแสพัลส์พร้อมพารามิเตอร์ที่ปรับได้ ซึ่งควบคุมโดยวงจรขับเคลื่อนเพื่อควบคุมแหล่งสัญญาณเมล็ดและทำการมอดูเลตแสงเมล็ดเบื้องต้นให้เสร็จสมบูรณ์ หลังจากได้รับคำสั่งควบคุมจากบอร์ดควบคุมหลัก FPGA วงจรขับเคลื่อนแหล่งสัญญาณปั๊มจะเริ่มการทำงานของแหล่งสัญญาณปั๊ม หลังจากเชื่อมต่อแสงเมล็ดและแสงปั๊มด้วยตัวแยกลำแสงแล้ว ทั้งสองจะถูกฉีดเข้าไปในใยแก้วนำแสงหุ้มสองชั้นที่เจือด้วย Yb3+ (YDDCF) ในโมดูลขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอน ในกระบวนการนี้ ไอออน Yb3+ จะดูดซับพลังงานของแสงปั๊มเพื่อสร้างการกระจายแบบผกผันของประชากร จากนั้น สัญญาณเมล็ดจะได้รับกำลังขยายสูงในโมดูลขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอน โดยอาศัยหลักการของการขยายคลื่นเคลื่อนที่และการปล่อยคลื่นกระตุ้น สุดท้ายแล้ว สัญญาณเมล็ดจะได้รับกำลังขยายสูงในโมดูลขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอน ซึ่งส่งผลให้ได้กำลังขยายสูงเลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีเนื่องจากกำลังพีคที่เพิ่มขึ้น สัญญาณพัลส์ที่ถูกขยายอาจเกิดการบีบอัดความกว้างพัลส์เนื่องจากเอฟเฟกต์การยึดเกน ในการใช้งานจริง มักมีการใช้โครงสร้างการขยายสัญญาณแบบหลายขั้นตอนเพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุตและประสิทธิภาพเกนให้มากขึ้น

ระบบวงจรเลเซอร์ MOPA ประกอบด้วยบอร์ดควบคุมหลัก FPGA, แหล่งจ่ายปั๊ม, แหล่งจ่ายเมล็ด, แผงวงจรไดรเวอร์, เครื่องขยายเสียง ฯลฯ บอร์ดควบคุมหลัก FPGA ขับเคลื่อนแหล่งจ่ายเมล็ดเพื่อส่งพัลส์แสงเมล็ดดิบระดับ MW พร้อมพารามิเตอร์ที่ปรับได้ โดยการสร้างสัญญาณไฟฟ้าพัลส์ที่มีรูปคลื่นที่ปรับได้ ความกว้างของพัลส์ (5 ถึง 200 นาโนวินาที) และอัตราการทำซ้ำ (30 ถึง 900 กิโลเฮิรตซ์) สัญญาณนี้จะถูกส่งผ่านตัวแยกสัญญาณไปยังโมดูลขยายสัญญาณแสงแบบสองขั้นตอนซึ่งประกอบด้วยปรีแอมป์และเครื่องขยายเสียงหลัก และสุดท้ายจะส่งสัญญาณเลเซอร์พัลส์สั้นพลังงานสูงผ่านตัวแยกสัญญาณแสงพร้อมฟังก์ชันปรับโฟกัส แหล่งจ่ายเมล็ดมีเครื่องตรวจจับแสงภายในเพื่อตรวจสอบกำลังขับแบบเรียลไทม์และป้อนกลับไปยังบอร์ดควบคุมหลักของ FPGA บอร์ดควบคุมหลักจะควบคุมวงจรขับเคลื่อนปั๊ม 1 และ 2 เพื่อให้การเปิดและปิดแหล่งจ่ายปั๊ม 1, 2 และ 3 เป็นไปได้ เมื่อเครื่องตรวจจับภาพหากไม่สามารถตรวจจับเอาต์พุตแสงสัญญาณได้ บอร์ดควบคุมหลักจะปิดแหล่งปั๊มเพื่อป้องกันความเสียหายต่อ YDDCF และอุปกรณ์ออปติคัลเนื่องจากขาดอินพุตแสงเมล็ดพืช

ระบบเส้นทางแสงเลเซอร์ MOPA ใช้โครงสร้างแบบเส้นใยทั้งหมด ประกอบด้วยโมดูลออสซิลเลชันหลักและโมดูลขยายสัญญาณสองขั้นตอน โมดูลออสซิลเลชันหลักใช้ไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (LD) ที่มีความยาวคลื่นกลาง 1064 นาโนเมตร ความกว้างของเส้น 3 นาโนเมตร และกำลังขับต่อเนื่องสูงสุด 400 มิลลิวัตต์ เป็นแหล่งสัญญาณ และผสานเข้ากับไฟเบอร์แบรกก์เกรตติง (FBG) ที่มีค่าการสะท้อนแสง 99% ที่ 1063.94 นาโนเมตร และความกว้างของเส้น 3.5 นาโนเมตร เพื่อสร้างระบบเลือกความยาวคลื่น โมดูลขยายสัญญาณสองขั้นตอนใช้การออกแบบปั๊มย้อนกลับ และ YDDCF ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 8 และ 30 ไมโครเมตร ถูกกำหนดให้เป็นสื่อขยายสัญญาณตามลำดับ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับของปั๊มเคลือบที่สอดคล้องกันคือ 1.0 และ 2.1 เดซิเบล/เมตร ที่ 915 นาโนเมตร ตามลำดับ