การควบคุมความกว้างพัลส์ของเทคโนโลยีควบคุมพัลส์เลเซอร์

การควบคุมความกว้างของพัลส์การควบคุมพัลส์เลเซอร์เทคโนโลยี

การควบคุมพัลส์ของเลเซอร์เป็นหนึ่งในจุดเชื่อมโยงที่สำคัญในเทคโนโลยีเลเซอร์ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลการใช้งานของเลเซอร์ บทความนี้จะวิเคราะห์การควบคุมความกว้างพัลส์ การควบคุมความถี่พัลส์ และเทคโนโลยีการมอดูเลตที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นระบบ และมุ่งมั่นที่จะเป็นมืออาชีพ ครอบคลุม และมีตรรกะ

1. แนวคิดเรื่องความกว้างพัลส์

ความกว้างพัลส์ของเลเซอร์หมายถึงระยะเวลาของพัลส์เลเซอร์ ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการอธิบายลักษณะเวลาของเอาต์พุตเลเซอร์ สำหรับเลเซอร์พัลส์ระยะสั้นมาก (เช่น เลเซอร์นาโนวินาที พิโควินาที และเฟมโตวินาที) ยิ่งความกว้างพัลส์สั้นลง กำลังสูงสุดก็จะสูงขึ้น และผลกระทบทางความร้อนก็จะน้อยลง ซึ่งเหมาะสำหรับงานตัดเฉือนที่มีความแม่นยำหรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์

2. ปัจจัยที่มีผลต่อความกว้างพัลส์ของเลเซอร์ ความกว้างพัลส์ของเลเซอร์ได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ โดยหลักๆ แล้วจะมีดังนี้:

ก. ลักษณะของตัวกลางรับแสง ตัวกลางรับแสงแต่ละประเภทมีโครงสร้างระดับพลังงานและอายุการเรืองแสงเฉพาะตัว ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการสร้างและความกว้างของพัลส์เลเซอร์ ตัวอย่างเช่น เลเซอร์โซลิดสเตต ผลึก Nd:YAG และผลึก Ti:Sapphire เป็นตัวกลางเลเซอร์โซลิดสเตตที่พบได้บ่อย เลเซอร์แก๊ส เช่น เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน (HeNe) มักสร้างพัลส์ที่ค่อนข้างยาวเนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลและคุณสมบัติสถานะกระตุ้น เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถให้ความกว้างของพัลส์ได้ตั้งแต่ระดับนาโนวินาทีไปจนถึงพิโควินาที โดยการควบคุมเวลาการรวมตัวของพาหะ

การออกแบบโพรงเลเซอร์มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความกว้างของพัลส์ ซึ่งได้แก่ ความยาวของโพรง ความยาวของโพรงเลเซอร์จะกำหนดเวลาที่แสงต้องเดินทางซ้ำๆ กันในโพรง ยิ่งโพรงยาวขึ้น ความกว้างของพัลส์ก็จะยิ่งมากขึ้น ในขณะที่โพรงสั้นลงก็จะเอื้อต่อการสร้างพัลส์ที่สั้นมาก การสะท้อนแสง: ตัวสะท้อนแสงที่มีค่าการสะท้อนแสงสูงสามารถเพิ่มความหนาแน่นของโฟตอนในโพรงได้ จึงทำให้เอฟเฟกต์ของเกนดีขึ้น แต่การสะท้อนแสงที่สูงเกินไปอาจทำให้สูญเสียในโพรงมากขึ้นและส่งผลต่อเสถียรภาพของความกว้างของพัลส์ ตำแหน่งของตัวกลางที่รับค่าเกนและตำแหน่งของตัวกลางที่รับค่าเกนในโพรงก็จะส่งผลต่อเวลาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนและตัวกลางที่รับค่าเกน และส่งผลต่อความกว้างของพัลส์ด้วย

c. เทคโนโลยีการสลับ Q และเทคโนโลยีการล็อกโหมดเป็นสองวิธีสำคัญในการรับเอาต์พุตเลเซอร์พัลส์และการควบคุมความกว้างพัลส์

d. แหล่งปั๊มและโหมดปั๊ม ความเสถียรของพลังงานของแหล่งปั๊มและการเลือกโหมดปั๊มยังส่งผลกระทบอย่างสำคัญต่อความกว้างของพัลส์ด้วย

3. วิธีการควบคุมความกว้างพัลส์ทั่วไป

ก. เปลี่ยนโหมดการทำงานของเลเซอร์: โหมดการทำงานของเลเซอร์จะส่งผลโดยตรงต่อความกว้างของพัลส์ ความกว้างของพัลส์สามารถควบคุมได้โดยการปรับพารามิเตอร์ต่อไปนี้: ความถี่และความเข้มของแหล่งกำเนิดปั๊ม พลังงานที่ป้อนเข้าของแหล่งกำเนิดปั๊ม และระดับการกลับด้านของจำนวนอนุภาคในตัวกลางเกน การสะท้อนแสงของเลนส์เอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการป้อนกลับในเรโซเนเตอร์ ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการสร้างพัลส์

ข. ควบคุมรูปร่างของพัลส์: ปรับความกว้างของพัลส์โดยอ้อมโดยการเปลี่ยนรูปร่างของพัลส์เลเซอร์

c. การปรับกระแส: โดยการเปลี่ยนกระแสเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟเพื่อควบคุมการกระจายระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ในตัวกลางเลเซอร์ แล้วจึงเปลี่ยนความกว้างของพัลส์ วิธีการนี้มีความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วและเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการการปรับอย่างรวดเร็ว

d. การปรับสวิตช์: โดยการควบคุมสถานะการสลับของเลเซอร์เพื่อปรับความกว้างของพัลส์

e. การควบคุมอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะส่งผลต่อโครงสร้างระดับพลังงานอิเล็กตรอนของเลเซอร์ จึงส่งผลทางอ้อมต่อความกว้างของพัลส์

f. ใช้เทคโนโลยีการมอดูเลต: เทคโนโลยีการมอดูเลตเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมความกว้างของพัลส์อย่างแม่นยำ

การปรับเลเซอร์เทคโนโลยีคือเทคโนโลยีที่ใช้เลเซอร์เป็นตัวพาและโหลดข้อมูลลงไป ความสัมพันธ์กับเลเซอร์สามารถแบ่งได้เป็น การมอดูเลตภายใน และการมอดูเลตภายนอก การมอดูเลตภายในหมายถึงโหมดการมอดูเลตที่สัญญาณมอดูเลตจะถูกโหลดในกระบวนการสั่นของเลเซอร์ เพื่อเปลี่ยนพารามิเตอร์การสั่นของเลเซอร์ และส่งผลให้คุณลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์เปลี่ยนแปลงไป การมอดูเลตภายนอกหมายถึงโหมดการมอดูเลตที่สัญญาณมอดูเลตจะถูกเพิ่มเข้าไปหลังจากเลเซอร์ถูกสร้างขึ้น และคุณสมบัติของเลเซอร์เอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงไปโดยไม่เปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์การสั่นของเลเซอร์

เทคโนโลยีการมอดูเลตยังสามารถจำแนกประเภทตามรูปแบบการมอดูเลตของคลื่นพาหะได้ ได้แก่ การมอดูเลตแบบอนาล็อก การมอดูเลตแบบพัลส์ การมอดูเลตแบบดิจิทัล (การมอดูเลตแบบพัลส์โค้ด) โดยตามพารามิเตอร์การมอดูเลต จะแบ่งเป็นการมอดูเลตแบบความเข้มข้นและการมอดูเลตแบบเฟส

ตัวปรับความเข้มข้น:ความกว้างของพัลส์จะถูกควบคุมโดยการปรับการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงเลเซอร์

ตัวปรับเฟส:ปรับความกว้างพัลส์โดยการเปลี่ยนเฟสของคลื่นแสง

เครื่องขยายเสียงล็อคเฟส: ผ่านการมอดูเลตเครื่องขยายเสียงล็อคเฟส สามารถปรับความกว้างพัลส์เลเซอร์ได้อย่างแม่นยำ