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

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

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

2. Relation entre puissance, largeur d'impulsion et fréquence. Avant de contrôler la fréquence laser, il est nécessaire d'expliquer la relation entre puissance, largeur d'impulsion et fréquence. Il existe une interaction complexe entre puissance, fréquence et largeur d'impulsion laser, et le réglage de l'un des paramètres nécessite généralement de prendre en compte les deux autres pour optimiser l'effet de l'application.

3. Méthodes courantes de contrôle de la fréquence d'impulsion

a. Le mode de contrôle externe charge le signal de fréquence hors de l'alimentation et ajuste la fréquence d'impulsion laser en contrôlant la fréquence et le rapport cyclique du signal de charge. Cela permet de synchroniser l'impulsion de sortie avec le signal de charge, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant un contrôle précis.

b. Mode de contrôle interne : le signal de contrôle de fréquence est intégré à l'alimentation du variateur, sans signal externe supplémentaire. Pour une plus grande flexibilité, l'utilisateur peut choisir entre une fréquence fixe intégrée ou une fréquence de contrôle interne réglable.

c. Réglage de 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 haute fréquence est souvent utilisée dans les applications nécessitant une puissance moyenne plus élevée et des largeurs d'impulsion plus courtes, comme le micro-usinage laser et l'imagerie médicale.

d. Modulateur acousto-optique(AOM Modulator) 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. Technologie de modulation intracavité : comparée à la modulation externe, la modulation intracavité peut générer plus efficacement une énergie élevée et une puissance de crêtelaser à impulsionsVoici quatre techniques courantes de modulation intracavité :

a. La commutation de gain, par modulation rapide de la source de pompage, permet d'établir rapidement l'inversion du nombre de particules du milieu de gain et le coefficient de gain, dépassant le taux de rayonnement stimulé. Cela entraîne 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 allant de quelques nanosecondes à quelques dizaines de picosecondes, avec une fréquence de répétition de plusieurs gigahertz. Elle est également largement utilisée dans le domaine des communications optiques à haut débit.

Commutateur Q (Q-switching) : les commutateurs Q suppriment la rétroaction optique en introduisant des pertes importantes dans la cavité laser, permettant ainsi au pompage de produire une inversion de la population de particules bien au-delà du seuil, stockant ainsi une grande quantité d'énergie. Par la suite, les pertes dans la cavité sont rapidement réduites (c'est-à-dire que la valeur Q de la cavité est augmentée) et la rétroaction optique est réactivée, libérant ainsi l'énergie stockée sous forme d'impulsions ultra-courtes et de haute intensité.

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

d. Vidange de cavité En stockant l'énergie dans les photons du résonateur, un miroir de cavité à faibles pertes est utilisé pour lier efficacement les photons et maintenir un état de faibles pertes dans la cavité pendant un certain temps. Après un cycle aller-retour, l'impulsion forte est « vidée » hors de la cavité par une commutation rapide de l'élément interne de la cavité, tel qu'un modulateur acousto-optique ou un obturateur électro-optique, et un laser à impulsion courte est émis. Comparé à la commutation Q, le vidage de cavité peut maintenir une largeur d'impulsion de plusieurs nanosecondes à des taux de répétition élevés (par exemple plusieurs mégahertz) et permettre des énergies d'impulsion plus élevées, en particulier pour les applications nécessitant des taux de répétition élevés et des impulsions courtes. Combiné à d'autres techniques de génération d'impulsions, l'énergie d'impulsion peut être encore améliorée.

Contrôle par impulsions delaserIl s'agit d'un processus complexe et important, impliquant le contrôle de la largeur et de la fréquence des impulsions, ainsi que 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 différents scénarios d'application. À l'avenir, avec l'émergence constante de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies, la technologie de contrôle des impulsions des lasers ouvrira la voie à de nouvelles avancées et favorisera le développement detechnologie laserdans le sens d'une plus grande précision et d'une application plus large.