การควบคุมความถี่พัลส์ของเทคโนโลยีควบคุมพัลส์เลเซอร์

การควบคุมความถี่พัลส์ของเทคโนโลยีควบคุมพัลส์เลเซอร์

1. แนวคิดของความถี่พัลส์ อัตราพัลส์เลเซอร์ (Pulse Repetition Rate) หมายถึงจำนวนพัลส์เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยเวลา โดยปกติเป็นเฮิรตซ์ (Hz) พัลส์ความถี่สูงเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีอัตราการทำซ้ำสูง ในขณะที่พัลส์ความถี่ต่ำเหมาะสำหรับงานพัลส์เดี่ยวพลังงานสูง

2. ความสัมพันธ์ระหว่างกำลัง ความกว้างของพัลส์ และความถี่ ก่อนที่จะควบคุมความถี่ของเลเซอร์ จะต้องอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกำลัง ความกว้างของพัลส์ และความถี่เสียก่อน ความสัมพันธ์ระหว่างกำลัง ความกว้างของพัลส์ และความถี่นั้นมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน และการปรับพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งโดยปกติแล้วจะต้องพิจารณาพารามิเตอร์อีกสองตัวเพื่อให้ได้ผลการใช้งานที่ดีที่สุด

3. วิธีการควบคุมความถี่พัลส์ทั่วไป

ก. โหมดควบคุมภายนอกจะโหลดสัญญาณความถี่ภายนอกแหล่งจ่ายไฟ และปรับความถี่พัลส์เลเซอร์โดยควบคุมความถี่และรอบหน้าที่ของสัญญาณโหลด วิธีนี้ช่วยให้พัลส์เอาต์พุตซิงโครไนซ์กับสัญญาณโหลด จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมที่แม่นยำ

ข. โหมดควบคุมภายใน สัญญาณควบคุมความถี่ถูกสร้างไว้ในแหล่งจ่ายไฟของไดรฟ์โดยไม่มีอินพุตสัญญาณภายนอกเพิ่มเติม ผู้ใช้สามารถเลือกความถี่ภายในแบบคงที่หรือความถี่ควบคุมภายในแบบปรับได้เพื่อความยืดหยุ่นที่มากขึ้น

ค. การปรับความยาวของเรโซเนเตอร์หรือตัวปรับแสงไฟฟ้าลักษณะความถี่ของเลเซอร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับความยาวของเรโซเนเตอร์หรือใช้ตัวควบคุมแสงไฟฟ้า วิธีการควบคุมความถี่สูงนี้มักใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการพลังงานเฉลี่ยที่สูงกว่าและความกว้างของพัลส์ที่สั้นกว่า เช่น การผลิตไมโครแมชชีนด้วยเลเซอร์และการถ่ายภาพทางการแพทย์

d. โมดูเลเตอร์ออปติกอะคูสติก(AOM Modulator) เป็นเครื่องมือสำคัญในการควบคุมความถี่พัลส์ของเทคโนโลยีการควบคุมพัลส์เลเซอร์โมดูเลเตอร์ AOMใช้เอฟเฟกต์ออปติกอะคูสติก (นั่นคือ แรงดันการสั่นทางกลของคลื่นเสียงทำให้ดัชนีการหักเหของแสงเปลี่ยนไป) เพื่อปรับและควบคุมลำแสงเลเซอร์

4. เทคโนโลยีการปรับความถี่ภายในโพรง เมื่อเปรียบเทียบกับการปรับความถี่ภายนอก การปรับความถี่ภายในโพรงสามารถสร้างพลังงานสูงและกำลังไฟฟ้าสูงสุดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเลเซอร์พัลส์ต่อไปนี้เป็นเทคนิคการปรับภายในโพรงทั่วไปสี่ประการ:

ก. การสลับค่าเกนโดยการปรับแหล่งปั๊มอย่างรวดเร็ว การกลับด้านจำนวนอนุภาคของตัวกลางค่าเกนและค่าสัมประสิทธิ์ค่าเกนจะถูกกำหนดขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเกินอัตราการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้น ส่งผลให้โฟตอนในโพรงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดเลเซอร์พัลส์สั้น วิธีนี้มักใช้กับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะ ซึ่งสามารถสร้างพัลส์ได้ตั้งแต่ระดับนาโนวินาทีจนถึงสิบพิโควินาที โดยมีอัตราการทำซ้ำหลายกิกะเฮิรตซ์ และใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการสื่อสารด้วยแสงที่มีอัตราการส่งข้อมูลสูง

สวิตช์ Q (Q-switching) สวิตช์ Q จะระงับการตอบสนองทางแสงโดยทำให้เกิดการสูญเสียสูงในโพรงเลเซอร์ ทำให้กระบวนการปั๊มสามารถผลิตการกลับทิศของจำนวนอนุภาคได้ไกลเกินกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ทำให้เก็บพลังงานได้จำนวนมาก จากนั้น การสูญเสียในโพรงจะลดลงอย่างรวดเร็ว (นั่นคือ ค่า Q ของโพรงจะเพิ่มขึ้น) และการตอบสนองทางแสงจะเปิดขึ้นอีกครั้ง ทำให้พลังงานที่เก็บไว้ถูกปล่อยออกมาในรูปแบบของพัลส์ความเข้มสูงที่สั้นมาก

c. การล็อกโหมดจะสร้างพัลส์สั้นพิเศษในระดับพิโควินาทีหรือแม้แต่เฟมโตวินาทีโดยควบคุมความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างโหมดตามยาวที่แตกต่างกันในโพรงเลเซอร์ เทคโนโลยีการล็อกโหมดแบ่งออกเป็นการล็อกโหมดแบบพาสซีฟและการล็อกโหมดแบบแอ็คทีฟ

d. การถ่ายเทพลังงานออกจากโพรง โดยการเก็บพลังงานไว้ในโฟตอนในเรโซเนเตอร์ โดยใช้กระจกโพรงที่มีการสูญเสียต่ำเพื่อจับโฟตอนอย่างมีประสิทธิภาพ โดยรักษาสถานะการสูญเสียต่ำไว้ในโพรงเป็นระยะเวลาหนึ่ง หลังจากรอบการเดินทางหนึ่งรอบ พัลส์ที่แรงจะถูก "ถ่ายเท" ออกจากโพรงโดยการสลับองค์ประกอบโพรงภายในอย่างรวดเร็ว เช่น ตัวปรับคลื่นอะคูสติกออปติกหรือชัตเตอร์อิเล็กโทรออปติก และเลเซอร์พัลส์สั้นจะถูกปล่อยออกมา เมื่อเปรียบเทียบกับการสลับ Q การถ่ายเทพลังงานออกจากโพรงสามารถรักษาความกว้างของพัลส์ได้หลายนาโนวินาทีที่อัตราการทำซ้ำสูง (เช่น หลายเมกะเฮิรตซ์) และช่วยให้มีพลังงานพัลส์ที่สูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการอัตราการทำซ้ำสูงและพัลส์สั้น เมื่อรวมกับเทคนิคการสร้างพัลส์อื่นๆ พลังงานพัลส์สามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้

การควบคุมชีพจรของเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและสำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมความกว้างของพัลส์ การควบคุมความถี่ของพัลส์ และเทคนิคการมอดูเลชั่นมากมาย ผ่านการเลือกและการใช้ที่เหมาะสมของวิธีการเหล่านี้ ประสิทธิภาพของเลเซอร์สามารถปรับได้อย่างแม่นยำเพื่อตอบสนองความต้องการของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน ในอนาคต ด้วยการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องของวัสดุใหม่และเทคโนโลยีใหม่ เทคโนโลยีการควบคุมพัลส์ของเลเซอร์จะนำไปสู่ความก้าวหน้าเพิ่มเติมและส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์เพื่อมุ่งไปสู่ความแม่นยำที่สูงขึ้น และการประยุกต์ใช้ที่กว้างขึ้น