การควบคุมความกว้างพัลส์ของเทคโนโลยีควบคุมพัลส์เลเซอร์

การควบคุมความกว้างของพัลส์การควบคุมพัลส์เลเซอร์เทคโนโลยี

การควบคุมพัลส์ของเลเซอร์เป็นหนึ่งในจุดเชื่อมโยงที่สำคัญในเทคโนโลยีเลเซอร์ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลการใช้งานของเลเซอร์ บทความนี้จะจัดเรียงการควบคุมความกว้างพัลส์ การควบคุมความถี่พัลส์ และเทคโนโลยีการมอดูเลตที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นระบบ และมุ่งมั่นที่จะเป็นมืออาชีพ ครอบคลุม และมีเหตุผล

1. แนวคิดเรื่องความกว้างของพัลส์

ความกว้างพัลส์ของเลเซอร์หมายถึงระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการอธิบายลักษณะเวลาของเอาต์พุตเลเซอร์ สำหรับเลเซอร์พัลส์สั้นพิเศษ (เช่น เลเซอร์นาโนวินาที พิโควินาที และเฟมโตวินาที) ยิ่งความกว้างพัลส์สั้นลง กำลังสูงสุดก็จะสูงขึ้น และเอฟเฟกต์ความร้อนก็จะน้อยลง ซึ่งเหมาะสำหรับการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำหรือการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

2. ปัจจัยที่มีผลต่อความกว้างพัลส์เลเซอร์ ความกว้างพัลส์ของเลเซอร์ได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ โดยหลักๆ แล้วจะมีดังนี้:

ก. ลักษณะของตัวกลางรับค่าเกน ตัวกลางรับค่าเกนประเภทต่างๆ มีโครงสร้างระดับพลังงานและอายุการเรืองแสงเฉพาะตัว ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการสร้างและความกว้างของพัลส์ของพัลส์เลเซอร์ ตัวอย่างเช่น เลเซอร์โซลิดสเตต ผลึก Nd:YAG และผลึก Ti:Sapphire เป็นสื่อเลเซอร์โซลิดสเตตทั่วไป เลเซอร์แก๊ส เช่น เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (HeNe) มักผลิตพัลส์ที่ค่อนข้างยาวเนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลและคุณสมบัติสถานะกระตุ้น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถผลิตพัลส์ที่มีความกว้างตั้งแต่ระดับนาโนวินาทีไปจนถึงพิโควินาทีได้โดยการควบคุมเวลาการรวมตัวของตัวพา

การออกแบบโพรงเลเซอร์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความกว้างของพัลส์ ซึ่งได้แก่ ความยาวของโพรง ความยาวของโพรงเลเซอร์จะกำหนดเวลาที่แสงต้องเดินทางซ้ำๆ กันในโพรง โพรงที่ยาวขึ้นจะทำให้มีความกว้างของพัลส์ที่ยาวขึ้น ในขณะที่โพรงที่สั้นลงจะเอื้อต่อการสร้างพัลส์ที่สั้นมาก การสะท้อนแสง: ตัวสะท้อนแสงที่มีค่าการสะท้อนแสงสูงสามารถเพิ่มความหนาแน่นของโฟตอนในโพรงได้ จึงทำให้เพิ่มเอฟเฟกต์ของเกนได้ แต่การสะท้อนแสงที่สูงเกินไปอาจเพิ่มการสูญเสียในโพรงและส่งผลต่อเสถียรภาพของความกว้างของพัลส์ ตำแหน่งของตัวกลางสำหรับเกนและตำแหน่งของตัวกลางสำหรับเกนในโพรงจะส่งผลต่อเวลาการโต้ตอบระหว่างโฟตอนและตัวกลางสำหรับเกนด้วย จากนั้นจึงส่งผลต่อความกว้างของพัลส์

c. เทคโนโลยีการสลับ Q และเทคโนโลยีการล็อกโหมดเป็นสองวิธีการสำคัญในการรับเอาท์พุตเลเซอร์พัลส์และการควบคุมความกว้างพัลส์

d. แหล่งปั๊มและโหมดปั๊ม ความเสถียรของพลังงานของแหล่งปั๊มและการเลือกโหมดปั๊มยังส่งผลกระทบอย่างสำคัญต่อความกว้างของพัลส์ด้วย

3. วิธีการควบคุมความกว้างพัลส์ทั่วไป

ก. เปลี่ยนโหมดการทำงานของเลเซอร์: โหมดการทำงานของเลเซอร์จะส่งผลโดยตรงต่อความกว้างของพัลส์ ความกว้างของพัลส์สามารถควบคุมได้โดยการปรับพารามิเตอร์ต่อไปนี้: ความถี่และความเข้มข้นของแหล่งปั๊ม พลังงานที่ป้อนเข้าของแหล่งปั๊ม และระดับการกลับด้านของประชากรอนุภาคในตัวกลางเกน การสะท้อนแสงของเลนส์เอาต์พุตจะเปลี่ยนประสิทธิภาพการป้อนกลับในเรโซเนเตอร์ จึงส่งผลต่อกระบวนการสร้างพัลส์

ข. การควบคุมรูปร่างของพัลส์: ปรับความกว้างของพัลส์โดยอ้อมโดยการเปลี่ยนรูปร่างของพัลส์เลเซอร์

c. การปรับกระแส: โดยการเปลี่ยนกระแสเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟเพื่อควบคุมการกระจายของระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ในตัวกลางเลเซอร์ จากนั้นจึงเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ วิธีการนี้มีความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วและเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการการปรับอย่างรวดเร็ว

d. การปรับสวิตช์: โดยการควบคุมสถานะการสลับของเลเซอร์เพื่อปรับความกว้างของพัลส์

e. การควบคุมอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะส่งผลต่อโครงสร้างระดับพลังงานอิเล็กตรอนของเลเซอร์ ดังนั้นจึงส่งผลทางอ้อมต่อความกว้างของพัลส์

f. ใช้เทคโนโลยีการมอดูเลชั่น: เทคโนโลยีการมอดูเลชั่นเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมความกว้างของพัลส์ได้อย่างแม่นยำ

การปรับแสงเลเซอร์เทคโนโลยีคือเทคโนโลยีที่ใช้เลเซอร์เป็นตัวพาและโหลดข้อมูลลงไป โดยสามารถแบ่งตามความสัมพันธ์กับเลเซอร์ได้เป็นการปรับภายในและการปรับภายนอก การปรับภายในหมายถึงโหมดการปรับที่สัญญาณที่ปรับจะถูกโหลดในกระบวนการสั่นของเลเซอร์เพื่อเปลี่ยนพารามิเตอร์การสั่นของเลเซอร์และเปลี่ยนลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์ การปรับภายนอกหมายถึงโหมดการปรับที่สัญญาณปรับจะถูกเพิ่มเข้าไปหลังจากสร้างเลเซอร์แล้ว และคุณสมบัติของเลเซอร์เอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงโดยไม่เปลี่ยนพารามิเตอร์การสั่นของเลเซอร์

เทคโนโลยีการมอดูเลตสามารถจำแนกประเภทตามรูปแบบการมอดูเลตของพาหะได้ ได้แก่ การมอดูเลตอนาล็อก การมอดูเลตพัลส์ การมอดูเลตดิจิทัล (การมอดูเลตรหัสพัลส์) โดยตามพารามิเตอร์การมอดูเลต จะแบ่งเป็นการมอดูเลตความเข้มและการมอดูเลตเฟส

ตัวปรับความเข้มข้น:ความกว้างของพัลส์จะถูกควบคุมโดยการปรับการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงเลเซอร์

ตัวปรับเฟส:ปรับความกว้างของพัลส์ได้โดยการเปลี่ยนเฟสของคลื่นแสง

เครื่องขยายเสียงล็อคเฟส: สามารถปรับความกว้างของพัลส์เลเซอร์ได้อย่างแม่นยำผ่านการมอดูเลตเครื่องขยายเสียงล็อคเฟส