Contrôle de la fréquence d'impulsion de la technologie de contrôle des impulsions laser

Contrôle de la fréquence des impulsions detechnologie de contrôle des impulsions laser

1. Le concept de fréquence d'impulsion, ou taux de répétition d'impulsions laser, désigne le nombre d'impulsions laser émises par unité de temps, généralement en hertz (Hz). Les impulsions à haute fréquence conviennent aux applications à taux de répétition élevé, tandis que les impulsions à basse fréquence conviennent aux applications nécessitant une impulsion unique de haute énergie.

2. Relation entre puissance, largeur d'impulsion et fréquence. Avant de contrôler la fréquence du laser, il est essentiel d'expliquer la relation entre la puissance, la largeur d'impulsion et la fréquence. Il existe une interaction complexe entre la puissance du laser, sa fréquence et la largeur d'impulsion ; ajuster l'un de ces paramètres nécessite généralement de prendre en compte les deux autres afin d'optimiser l'application.

3. Méthodes courantes de contrôle de la fréquence des impulsions

a. Le mode de commande externe charge le signal de fréquence en dehors de l'alimentation et ajuste la fréquence des impulsions laser en contrôlant la fréquence et le rapport cyclique du signal de charge. Ceci permet de synchroniser l'impulsion de sortie avec le signal de charge, ce qui le rend adapté aux applications exigeant un contrôle précis.

b. Mode de contrôle interne : Le signal de contrôle de fréquence est intégré à l’alimentation du variateur, sans entrée de signal externe supplémentaire. L’utilisateur peut choisir entre une fréquence intégrée fixe et une fréquence de contrôle interne réglable pour une plus grande flexibilité.

c. Ajuster la longueur du résonateur oumodulateur électro-optiqueLes caractéristiques de fréquence du laser peuvent être modifiées en ajustant la longueur du résonateur ou en utilisant un modulateur électro-optique. Cette méthode de régulation de fréquence est souvent employée dans les applications exigeant une puissance moyenne élevée et des impulsions courtes, comme le micro-usinage laser et l'imagerie médicale.

d. Modulateur acousto-optique(Modulateur AOM) est un outil important pour le contrôle de la fréquence d'impulsion de la technologie de contrôle des impulsions laser.Modulateur AOMutilise l'effet acousto-optique (c'est-à-dire que la pression d'oscillation mécanique de l'onde sonore modifie l'indice de réfraction) pour moduler et contrôler le faisceau laser.

4. La technologie de modulation intracavité, comparée à la modulation externe, permet de générer plus efficacement une énergie élevée et une puissance de crête plus importante.laser pulséVoici quatre techniques courantes de modulation intracavitaire :

a. La commutation de gain, obtenue par modulation rapide de la source de pompage, permet d'établir rapidement une inversion du nombre de particules et du coefficient de gain dans le milieu amplificateur, dépassant ainsi le taux de rayonnement stimulé. Il en résulte une forte augmentation du nombre de photons dans la cavité et la génération d'impulsions laser courtes. Cette méthode est particulièrement courante dans les lasers à semi-conducteurs, capables de produire des impulsions de l'ordre de la nanoseconde à la dizaine de picosecondes, avec une fréquence de répétition de plusieurs gigahertz. Elle est largement utilisée dans le domaine des communications optiques à haut débit.

Les commutateurs Q (ou commutation Q) suppriment la rétroaction optique en introduisant des pertes importantes dans la cavité laser. Le processus de pompage permet ainsi de produire une inversion de population de particules bien au-delà du seuil, stockant une grande quantité d'énergie. Par la suite, les pertes dans la cavité diminuent rapidement (le facteur de qualité Q de la cavité augmente), et la rétroaction optique est réactivée, libérant l'énergie stockée sous forme d'impulsions ultracourtes de haute intensité.

c. Le verrouillage de modes génère des impulsions ultracourtes de l'ordre de la picoseconde, voire de la femtoseconde, en contrôlant la relation de phase entre différents modes longitudinaux dans la cavité laser. Cette technologie se divise en verrouillage de modes passif et verrouillage de modes actif.

d. Vidange de cavité : L’énergie des photons est stockée dans le résonateur grâce à un miroir de cavité à faibles pertes qui les confine efficacement, maintenant ainsi un état de faibles pertes dans la cavité pendant un certain temps. Après un aller-retour, l’impulsion intense est « vidée » de la cavité par commutation rapide d’un élément interne, tel qu’un modulateur acousto-optique ou un obturateur électro-optique, ce qui génère une impulsion laser brève. Comparée à la commutation Q, la vidange de cavité permet de maintenir une largeur d’impulsion de quelques nanosecondes à des fréquences de répétition élevées (plusieurs mégahertz) et d’atteindre des énergies d’impulsion plus importantes, notamment pour les applications exigeant des fréquences de répétition élevées et des impulsions courtes. Combinée à d’autres techniques de génération d’impulsions, l’énergie des impulsions peut être encore améliorée.

Contrôle du poulslaserIl s'agit d'un processus complexe et important, qui implique le contrôle de la largeur d'impulsion, le contrôle de la fréquence d'impulsion et de nombreuses techniques de modulation. Grâce à une sélection et une application judicieuses de ces méthodes, les performances du laser peuvent être ajustées avec précision pour répondre aux besoins de différentes applications. À l'avenir, avec l'émergence continue de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies, la technologie de contrôle d'impulsion des lasers connaîtra de nouvelles avancées et favorisera le développement de…technologie laserdans le sens d'une plus grande précision et d'une application plus large.