Pulsbreitensteuerung vonLaserpulssteuerungTechnologie
Die Pulssteuerung des Lasers ist eines der wichtigsten Glieder inLasertechnologieDies beeinflusst unmittelbar die Leistung und den Anwendungseffekt von Lasern. Diese Arbeit befasst sich systematisch mit der Pulsbreitensteuerung, der Pulsfrequenzsteuerung und den zugehörigen Modulationstechnologien und strebt eine professionelle, umfassende und logische Darstellung an.
1. Konzept der Impulsbreite
Die Pulsdauer eines Lasers bezeichnet die Dauer des Laserpulses und ist ein entscheidender Parameter zur Beschreibung der zeitlichen Eigenschaften der Laserleistung. Bei Ultrakurzpulslasern (wie Nanosekunden-, Pikosekunden- und Femtosekundenlasern) gilt: Je kürzer die Pulsdauer, desto höher die Spitzenleistung und desto geringer der thermische Effekt. Dies macht sie ideal für die Präzisionsbearbeitung oder die wissenschaftliche Forschung.
2. Faktoren, die die Laserpulsbreite beeinflussen Die Pulsbreite des Lasers wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, insbesondere von folgenden Aspekten:
a. Eigenschaften des Verstärkungsmediums. Unterschiedliche Verstärkungsmedien weisen einzigartige Energieniveaustrukturen und Fluoreszenzlebensdauern auf, die die Erzeugung und Pulsdauer des Laserpulses direkt beeinflussen. Beispiele für gängige Festkörperlasermedien sind Nd:YAG- und Ti:Saphir-Kristalle. Gaslaser wie Kohlendioxid- (CO₂-) und Helium-Neon- (HeNe-) Laser erzeugen aufgrund ihrer Molekularstruktur und ihrer Anregungszustandseigenschaften üblicherweise relativ lange Pulse. Halbleiterlaser können durch Steuerung der Ladungsträgerrekombinationszeit Pulsdauern im Bereich von Nanosekunden bis Pikosekunden erreichen.
Die Konstruktion des Laserresonators hat einen signifikanten Einfluss auf die Pulsbreite. Dazu gehören: die Resonatorlänge, die die Zeit bestimmt, die das Licht für einen Hin- und Rückweg im Resonator benötigt. Ein längerer Resonator führt zu einer längeren Pulsbreite, während ein kürzerer Resonator die Erzeugung ultrakurzer Pulse begünstigt; das Reflexionsvermögen: Ein Reflektor mit hohem Reflexionsvermögen kann die Photonendichte im Resonator erhöhen und dadurch die Verstärkung verbessern. Ein zu hohes Reflexionsvermögen kann jedoch die Verluste im Resonator erhöhen und die Stabilität der Pulsbreite beeinträchtigen. Die Position des Verstärkungsmediums im Resonator beeinflusst ebenfalls die Wechselwirkungszeit zwischen Photon und Verstärkungsmedium und somit die Pulsbreite.
c. Q-Switching-Technologie und Modenkopplungstechnologie sind zwei wichtige Mittel zur Realisierung von Pulslaser-Ausgangsleistung und Pulsbreitenregelung.
d. Pumpquelle und Pumpmodus Die Leistungsstabilität der Pumpquelle und die Wahl des Pumpmodus haben ebenfalls einen wichtigen Einfluss auf die Pulsbreite.
3. Gängige Pulsweitensteuerungsmethoden
a. Ändern Sie den Betriebsmodus des Lasers: Der Betriebsmodus beeinflusst direkt die Pulsbreite. Diese lässt sich durch Anpassen folgender Parameter steuern: Frequenz und Intensität der Pumpquelle, Energieeintrag der Pumpquelle und Grad der Teilchenpopulationsinversion im Verstärkungsmedium. Die Reflektivität der Austrittslinse verändert die Rückkopplungseffizienz im Resonator und beeinflusst somit den Pulsbildungsprozess.
b. Pulsform steuern: Die Pulsbreite wird indirekt durch Änderung der Form des Laserpulses angepasst.
c. Strommodulation: Durch Änderung des Ausgangsstroms des Netzteils wird die Verteilung der elektronischen Energieniveaus im Lasermedium reguliert und anschließend die Pulsbreite angepasst. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine schnelle Reaktionszeit aus und eignet sich für Anwendungen, die eine rasche Anpassung erfordern.
d. Schaltmodulation: durch Steuerung des Schaltzustands des Lasers zur Anpassung der Pulsbreite.
e. Temperaturregelung: Temperaturänderungen beeinflussen die Elektronenenergieniveaustruktur des Lasers und wirken sich dadurch indirekt auf die Pulsbreite aus.
f. Modulationstechnologie einsetzen: Die Modulationstechnologie ist ein effektives Mittel zur genauen Steuerung der Impulsbreite.
LasermodulationDie Lasertechnologie nutzt Laserlicht als Träger und überträgt Informationen darauf. Je nach Art der Modulation kann zwischen interner und externer Modulation unterschieden werden. Bei der internen Modulation wird das Modulationssignal während der Laserschwingung eingekoppelt, um die Schwingungsparameter und damit die Ausgangseigenschaften des Lasers zu verändern. Bei der externen Modulation wird das Modulationssignal nach der Laserbildung hinzugefügt, wodurch die Ausgangseigenschaften des Lasers verändert werden, ohne die Schwingungsparameter zu beeinflussen.
Die Modulationstechnologie kann auch nach den Trägermodulationsformen klassifiziert werden, darunter analoge Modulation, Pulsmodulation und digitale Modulation (Pulscodemodulation); nach den Modulationsparametern wird sie in Intensitätsmodulation und Phasenmodulation unterteilt.
IntensitätsmodulatorDie Pulsbreite wird durch die Anpassung der Änderung der Laserlichtintensität gesteuert.
PhasenmodulatorDie Pulsbreite wird durch Änderung der Phase der Lichtwelle angepasst.
Phasenverriegelter Verstärker: Durch die Modulation mittels phasenverriegeltem Verstärker kann die Laserpulsbreite präzise eingestellt werden.
Veröffentlichungsdatum: 24. März 2025