Pulsfrequenzsteuerung vonLaserpuls-Steuerungstechnologie
1. Das Konzept der Pulsfrequenz, der Laserpulsrate (Pulswiederholrate), bezieht sich auf die Anzahl der pro Zeiteinheit emittierten Laserpulse, üblicherweise in Hertz (Hz). Hochfrequenzpulse eignen sich für Anwendungen mit hoher Wiederholungsrate, während Niederfrequenzpulse für energiereiche Einzelpulsaufgaben geeignet sind.
2. Die Beziehung zwischen Leistung, Pulsbreite und Frequenz. Bevor wir mit der Laserfrequenzregelung beginnen, müssen wir zunächst die Beziehung zwischen Leistung, Pulsbreite und Frequenz erklären. Zwischen Laserleistung, Frequenz und Pulsbreite besteht eine komplexe Wechselwirkung. Um den Anwendungseffekt zu optimieren, müssen bei der Anpassung eines Parameters in der Regel die beiden anderen Parameter berücksichtigt werden.
3. Gängige Methoden zur Pulsfrequenzsteuerung
a. Der externe Steuerungsmodus lädt das Frequenzsignal außerhalb der Stromversorgung und passt die Laserpulsfrequenz durch Steuerung der Frequenz und des Tastverhältnisses des Ladesignals an. Dadurch kann der Ausgangsimpuls mit dem Ladesignal synchronisiert werden, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die eine präzise Steuerung erfordern.
b. Interner Steuermodus Das Frequenzsteuersignal ist in die Antriebsstromversorgung integriert, ohne dass ein zusätzlicher externer Signaleingang erforderlich ist. Benutzer können zwischen einer festen integrierten Frequenz oder einer einstellbaren internen Steuerfrequenz für mehr Flexibilität wählen.
c. Anpassung der Resonatorlänge oderelektrooptischer ModulatorDie Frequenzcharakteristik des Lasers lässt sich durch Anpassung der Resonatorlänge oder durch den Einsatz eines elektrooptischen Modulators verändern. Diese Methode der Hochfrequenzregelung wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine höhere Durchschnittsleistung und kürzere Pulsbreiten erfordern, wie beispielsweise in der Lasermikrobearbeitung und der medizinischen Bildgebung.
d. Akustooptischer Modulator(AOM-Modulator) ist ein wichtiges Werkzeug zur Pulsfrequenzsteuerung der Laserpulssteuerungstechnologie.AOM-Modulatornutzt den akustooptischen Effekt (d. h. der mechanische Schwingungsdruck der Schallwelle ändert den Brechungsindex), um den Laserstrahl zu modulieren und zu steuern.
4. Intracavity-Modulationstechnologie: Im Vergleich zur externen Modulation kann die Intracavity-Modulation effizienter hohe Energie und Spitzenleistung erzeugenPulslaserIm Folgenden sind vier gängige Intracavity-Modulationstechniken aufgeführt:
a. Verstärkungsumschaltung durch schnelle Modulation der Pumpquelle. Die Partikelanzahlumkehr und der Verstärkungskoeffizient des Verstärkungsmediums werden schnell erreicht und überschreiten die stimulierte Strahlungsrate. Dies führt zu einem starken Anstieg der Photonen im Resonator und zur Erzeugung von Kurzpulslasern. Dieses Verfahren ist besonders bei Halbleiterlasern üblich, die Pulse von Nanosekunden bis zu einigen zehn Pikosekunden mit einer Wiederholungsrate von mehreren Gigahertz erzeugen können. Es wird häufig im Bereich der optischen Kommunikation mit hohen Datenübertragungsraten eingesetzt.
Güteschalter (Q-Switching) Güteschalter unterdrücken optische Rückkopplung durch hohe Verluste im Laserresonator. Dadurch kann der Pumpvorgang eine Umkehr der Teilchenpopulation weit über den Schwellenwert hinaus bewirken und eine große Energiemenge speichern. Anschließend werden die Verluste im Resonator schnell reduziert (d. h. der Q-Wert des Resonators erhöht sich) und die optische Rückkopplung wieder eingeschaltet. Die gespeicherte Energie wird in Form ultrakurzer, hochintensiver Impulse freigesetzt.
c. Modenkopplung erzeugt ultrakurze Pulse im Pikosekunden- oder sogar Femtosekundenbereich durch Steuerung der Phasenbeziehung zwischen verschiedenen longitudinalen Moden im Laserresonator. Die Modenkopplungstechnologie wird in passive und aktive Modenkopplung unterteilt.
d. Cavity Dumping: Durch die Speicherung der Photonenenergie im Resonator wird ein verlustarmer Hohlraumspiegel verwendet, um die Photonen effektiv zu binden und so für eine gewisse Zeit einen verlustarmen Zustand im Hohlraum aufrechtzuerhalten. Nach einem Hin- und Rücklauf wird der starke Puls durch schnelles Schalten des internen Hohlraumelements, beispielsweise eines akustooptischen Modulators oder eines elektrooptischen Verschlusses, aus dem Hohlraum „gedumpt“, und ein kurzer Laserpuls wird emittiert. Im Vergleich zum Güteschalten kann durch Cavity Dumping eine Pulsbreite von mehreren Nanosekunden bei hohen Wiederholungsraten (z. B. mehreren Megahertz) aufrechterhalten werden, was höhere Pulsenergien ermöglicht, insbesondere für Anwendungen, die hohe Wiederholungsraten und kurze Pulse erfordern. In Kombination mit anderen Pulserzeugungstechniken kann die Pulsenergie weiter verbessert werden.
Pulssteuerung vonLaserist ein komplexer und wichtiger Prozess, der die Steuerung der Pulsbreite, der Pulsfrequenz und zahlreiche Modulationstechniken umfasst. Durch die sinnvolle Auswahl und Anwendung dieser Methoden kann die Laserleistung präzise an die Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien angepasst werden. Mit der kontinuierlichen Entwicklung neuer Materialien und Technologien wird die Pulssteuerungstechnologie von Lasern in Zukunft weitere Durchbrüche ermöglichen und die Entwicklung von … fördern.Lasertechnologiein Richtung höherer Präzision und breiterer Anwendung.
Veröffentlichungszeit: 25. März 2025