Pulsfrequenzsteuerung vonLaserpulssteuerungstechnologie
1. Die Pulsfrequenz bzw. die Laserpulsrate (Pulsfolgefrequenz) bezeichnet die Anzahl der pro Zeiteinheit ausgesendeten Laserpulse, üblicherweise in Hertz (Hz). Hochfrequente Pulse eignen sich für Anwendungen mit hoher Folgefrequenz, während niederfrequente Pulse für hochenergetische Einzelpulsaufgaben geeignet sind.
2. Zusammenhang zwischen Leistung, Pulsdauer und Frequenz. Bevor die Laserfrequenz gesteuert wird, muss der Zusammenhang zwischen Leistung, Pulsdauer und Frequenz erläutert werden. Zwischen Laserleistung, Frequenz und Pulsdauer besteht eine komplexe Wechselwirkung, und die Anpassung eines Parameters erfordert in der Regel die Berücksichtigung der beiden anderen Parameter, um den Anwendungseffekt zu optimieren.
3. Gängige Pulsfrequenzsteuerungsverfahren
a. Im externen Steuermodus wird das Frequenzsignal außerhalb der Stromversorgung angelegt und die Laserpulsfrequenz durch Steuerung von Frequenz und Tastverhältnis des Lastsignals angepasst. Dadurch lässt sich der Ausgangspuls mit dem Lastsignal synchronisieren, was für Anwendungen mit präziser Steuerungsanforderung geeignet ist.
b. Interner Steuermodus: Das Frequenzsteuersignal ist im Netzteil des Antriebs integriert und benötigt keinen zusätzlichen externen Signaleingang. Für mehr Flexibilität kann der Benutzer zwischen einer festen, integrierten Frequenz und einer einstellbaren internen Steuerfrequenz wählen.
c. Anpassen der Länge des Resonators oderelektrooptischer ModulatorDie Frequenzcharakteristik des Lasers lässt sich durch Anpassen der Resonatorlänge oder mithilfe eines elektrooptischen Modulators verändern. Diese Methode der Hochfrequenzregelung wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine höhere mittlere Leistung und kürzere Pulsdauern erfordern, wie beispielsweise in der Lasermikrobearbeitung und der medizinischen Bildgebung.
d. Akustooptischer ModulatorDer AOM-Modulator ist ein wichtiges Werkzeug zur Pulsfrequenzsteuerung in der Laserpulssteuerungstechnologie.AOM-Modulatornutzt den akustooptischen Effekt (d. h. der mechanische Schwingungsdruck der Schallwelle verändert den Brechungsindex), um den Laserstrahl zu modulieren und zu steuern.
4. Die intrakavitäre Modulationstechnologie ermöglicht im Vergleich zur externen Modulation eine effizientere Erzeugung hoher Energie und Spitzenleistung.PulslaserIm Folgenden werden vier gängige Techniken zur intrakavitären Modulation beschrieben:
a. Beim Gain-Switching durch schnelle Modulation der Pumpquelle werden die Teilchenzahlumkehr im Verstärkungsmedium und der Verstärkungskoeffizient rasch erreicht und übersteigen die stimulierte Strahlungsrate. Dies führt zu einem starken Anstieg der Photonen im Resonator und zur Erzeugung kurzer Laserpulse. Dieses Verfahren ist besonders bei Halbleiterlasern verbreitet, die Pulse von Nanosekunden bis zu einigen zehn Pikosekunden mit einer Wiederholrate von mehreren Gigahertz erzeugen können und in der optischen Kommunikation mit hohen Datenübertragungsraten weit verbreitet sind.
Güteschalter (Q-Schalter) unterdrücken die optische Rückkopplung, indem sie hohe Verluste im Laserresonator erzeugen. Dadurch kann der Pumpvorgang eine Populationsumkehr der Teilchen weit jenseits der Schwelle bewirken und eine große Energiemenge speichern. Anschließend werden die Verluste im Resonator rasch reduziert (d. h. der Q-Faktor des Resonators erhöht), und die optische Rückkopplung wird wieder aktiviert, sodass die gespeicherte Energie in Form ultrakurzer, hochintensiver Pulse freigesetzt wird.
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 Speicherung der Photonenenergie im Resonator mithilfe eines verlustarmen Hohlraumspiegels werden die Photonen effektiv gebunden und der Zustand geringer Verluste im Hohlraum für eine gewisse Zeit aufrechterhalten. Nach einem Umlauf wird der starke Puls durch schnelles Schalten eines internen Hohlraumelements, beispielsweise eines akustooptischen Modulators oder eines elektrooptischen Verschlusses, aus dem Hohlraum „ausgestoßen“, wodurch ein kurzer Laserpuls emittiert wird. Im Vergleich zur Güteschaltung ermöglicht Cavity Dumping eine Pulsdauer von wenigen Nanosekunden bei hohen Wiederholraten (z. B. mehreren Megahertz) und höhere Pulsenergien, insbesondere für Anwendungen, die hohe Wiederholraten und kurze Pulse erfordern. In Kombination mit anderen Pulserzeugungstechniken lässt sich die Pulsenergie weiter steigern.
Pulssteuerung vonLaserDie Pulssteuerung ist ein komplexer und wichtiger Prozess, der die Kontrolle der Pulsbreite und -frequenz sowie zahlreiche Modulationstechniken umfasst. Durch die gezielte Auswahl und Anwendung dieser Methoden lässt sich die Laserleistung präzise an die Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien anpassen. Mit der kontinuierlichen Entwicklung neuer Materialien und Technologien wird die Pulssteuerungstechnologie von Lasern zukünftig weitere Durchbrüche erzielen und die Entwicklung von Lasern vorantreiben.Lasertechnologiein Richtung höherer Präzision und breiterer Anwendung.
Veröffentlichungsdatum: 25. März 2025