Kiểm soát độ rộng xung củaKiểm soát xung lasercông nghệ
Kiểm soát xung của laser là một trong những liên kết quan trọng trongcông nghệ laser, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu ứng ứng dụng của laser. Bài báo này sẽ sắp xếp một cách có hệ thống các công nghệ điều chế liên quan đến điều khiển độ rộng xung, điều khiển tần số xung và điều chế, đồng thời cố gắng chuyên nghiệp, toàn diện và hợp lý.
1. Khái niệm về độ rộng xung
Độ rộng xung của laser là độ dài của xung laser, là thông số chính để mô tả đặc điểm thời gian của đầu ra laser. Đối với laser xung cực ngắn (như laser nano giây, pico giây và femto giây), độ rộng xung càng ngắn thì công suất đỉnh càng cao và hiệu ứng nhiệt càng nhỏ, phù hợp cho gia công chính xác hoặc nghiên cứu khoa học.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ rộng xung laser Độ rộng xung của laser bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
a. Đặc điểm của môi trường khuếch đại. Các loại môi trường khuếch đại khác nhau có cấu trúc mức năng lượng và thời gian sống huỳnh quang riêng biệt, ảnh hưởng trực tiếp đến sự tạo ra và độ rộng xung của xung laser. Ví dụ, laser trạng thái rắn, tinh thể Nd:YAG và tinh thể Ti:Sapphire là môi trường laser trạng thái rắn phổ biến. Laser khí, chẳng hạn như laser carbon dioxide (CO₂) và laser heli-neon (HeNe), thường tạo ra các xung tương đối dài do cấu trúc phân tử và đặc tính trạng thái kích thích của chúng; Laser bán dẫn, bằng cách kiểm soát thời gian tái hợp hạt mang, có thể đạt được độ rộng xung từ nano giây đến pico giây.
Thiết kế của khoang laser có tác động đáng kể đến độ rộng xung, bao gồm: chiều dài của khoang, chiều dài của khoang laser xác định thời gian cần thiết để ánh sáng di chuyển một lần và một lần nữa trong khoang, khoang dài hơn sẽ dẫn đến độ rộng xung dài hơn, trong khi khoang ngắn hơn có lợi cho việc tạo ra các xung cực ngắn; Độ phản xạ: Một bộ phản xạ có độ phản xạ cao có thể làm tăng mật độ photon trong khoang, do đó cải thiện hiệu ứng khuếch đại, nhưng độ phản xạ quá cao có thể làm tăng tổn thất trong khoang và ảnh hưởng đến độ ổn định của độ rộng xung; Vị trí của môi trường khuếch đại và vị trí của môi trường khuếch đại trong khoang cũng sẽ ảnh hưởng đến thời gian tương tác giữa photon và môi trường khuếch đại, sau đó ảnh hưởng đến độ rộng xung.
c. Công nghệ Q-switching và công nghệ khóa chế độ là hai phương tiện quan trọng để thực hiện đầu ra laser xung và điều chỉnh độ rộng xung.
d. Nguồn bơm và chế độ bơm Độ ổn định công suất của nguồn bơm và việc lựa chọn chế độ bơm cũng có tác động quan trọng đến độ rộng xung.
3. Các phương pháp điều khiển độ rộng xung phổ biến
a. Thay đổi chế độ làm việc của laser: chế độ làm việc của laser sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ rộng xung của nó. Độ rộng xung có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh các thông số sau: tần số và cường độ của nguồn bơm, năng lượng đầu vào của nguồn bơm và mức độ đảo ngược mật độ hạt trong môi trường khuếch đại; Độ phản xạ của thấu kính đầu ra thay đổi hiệu suất phản hồi trong bộ cộng hưởng, do đó ảnh hưởng đến quá trình hình thành xung.
b. Kiểm soát hình dạng xung: gián tiếp điều chỉnh độ rộng xung bằng cách thay đổi hình dạng của xung laser.
c. Điều chế dòng điện: Bằng cách thay đổi dòng điện đầu ra của nguồn điện để điều chỉnh sự phân bố mức năng lượng điện tử trong môi trường laser, sau đó thay đổi độ rộng xung. Phương pháp này có tốc độ phản hồi nhanh, phù hợp với các tình huống ứng dụng đòi hỏi phải điều chỉnh nhanh.
d. Điều chế chuyển mạch: bằng cách điều khiển trạng thái chuyển mạch của tia laser để điều chỉnh độ rộng xung.
e. Kiểm soát nhiệt độ: sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc mức năng lượng electron của tia laser, do đó ảnh hưởng gián tiếp đến độ rộng xung.
f. Sử dụng công nghệ điều chế: Công nghệ điều chế là một phương tiện hiệu quả để kiểm soát chính xác độ rộng xung.
Điều chế lasercông nghệ là công nghệ sử dụng tia laser làm chất mang và tải thông tin lên đó. Theo mối quan hệ với tia laser có thể chia thành điều chế bên trong và điều chế bên ngoài. Điều chế bên trong là chế độ điều chế trong đó tín hiệu điều chế được tải trong quá trình dao động laser để thay đổi các tham số dao động laser và do đó thay đổi các đặc tính đầu ra của laser. Điều chế bên ngoài là chế độ điều chế trong đó tín hiệu điều chế được thêm vào sau khi laser được hình thành và các đặc tính laser đầu ra được thay đổi mà không thay đổi các tham số dao động của laser.
Công nghệ điều chế cũng có thể được phân loại theo các hình thức điều chế sóng mang, bao gồm điều chế tương tự, điều chế xung, điều chế số (điều chế mã xung); Theo tham số điều chế, nó được chia thành điều chế cường độ và điều chế pha.
Bộ điều chế cường độ:Độ rộng xung được kiểm soát bằng cách điều chỉnh sự thay đổi cường độ ánh sáng laser.
Bộ điều chế pha:Độ rộng xung được điều chỉnh bằng cách thay đổi pha của sóng ánh sáng.
Bộ khuếch đại khóa pha: Thông qua điều chế bộ khuếch đại khóa pha, độ rộng xung laser có thể được điều chỉnh chính xác.
Thời gian đăng: 24-03-2025