Controle da largura do pulso decontrole de pulso de lasertecnologia
O controle de pulso do laser é um dos elos fundamentais emtecnologia laser, que afeta diretamente o desempenho e o efeito de aplicação do laser. Este artigo irá analisar sistematicamente o controle da largura do pulso, o controle da frequência do pulso e a tecnologia de modulação relacionada, buscando ser profissional, abrangente e lógico.
1. Conceito de largura de pulso
A largura de pulso do laser refere-se à duração do pulso laser, um parâmetro fundamental para descrever as características temporais da saída do laser. Para lasers de pulso ultracurto (como lasers de nanossegundos, picossegundos e femtosegundos), quanto menor a largura do pulso, maior a potência de pico e menor o efeito térmico, o que é adequado para usinagem de precisão ou pesquisa científica.
2. Fatores que afetam a largura do pulso do laser A largura do pulso do laser é afetada por diversos fatores, incluindo principalmente os seguintes aspectos:
a. Características do meio ativo. Diferentes tipos de meios ativos possuem estrutura de níveis de energia e tempo de vida de fluorescência únicos, que afetam diretamente a geração e a largura do pulso do laser. Por exemplo, lasers de estado sólido, como os cristais de Nd:YAG e os cristais de Ti:Safira, são meios ativos comuns em lasers de estado sólido. Lasers a gás, como os lasers de dióxido de carbono (CO₂) e os lasers de hélio-neônio (HeNe), geralmente produzem pulsos relativamente longos devido à sua estrutura molecular e às propriedades do estado excitado; lasers semicondutores, controlando o tempo de recombinação dos portadores, podem atingir larguras de pulso que variam de nanossegundos a picossegundos.
O projeto da cavidade laser tem um impacto significativo na largura do pulso, incluindo: o comprimento da cavidade, que determina o tempo necessário para a luz percorrer toda a cavidade, resultando em pulsos mais longos, enquanto uma cavidade mais curta favorece a geração de pulsos ultracurtos; a refletância: um refletor com alta refletância pode aumentar a densidade de fótons na cavidade, melhorando o ganho, mas uma refletância excessiva pode aumentar as perdas na cavidade e afetar a estabilidade da largura do pulso; a posição do meio ativo e sua distribuição na cavidade também influenciam o tempo de interação entre o fóton e o meio ativo, afetando, consequentemente, a largura do pulso.
c. As tecnologias de comutação Q e de bloqueio de modo são dois meios importantes para realizar a emissão de laser pulsado e a regulação da largura do pulso.
d. Fonte de bombeamento e modo de bombeamento A estabilidade da potência da fonte de bombeamento e a escolha do modo de bombeamento também têm um impacto importante na largura do pulso.
3. Métodos comuns de controle da largura de pulso
a. Alterar o modo de operação do laser: o modo de operação do laser afeta diretamente a largura do pulso. A largura do pulso pode ser controlada ajustando os seguintes parâmetros: a frequência e a intensidade da fonte de bombeamento, a energia de entrada da fonte de bombeamento e o grau de inversão da população de partículas no meio de ganho; a refletividade da lente de saída altera a eficiência de realimentação no ressonador, afetando assim o processo de formação do pulso.
b. Controle do formato do pulso: ajuste indireto da largura do pulso alterando o formato do pulso de laser.
c. Modulação de corrente: Alterando a corrente de saída da fonte de alimentação para regular a distribuição dos níveis de energia eletrônica no meio laser e, consequentemente, alterar a largura do pulso. Este método possui alta velocidade de resposta e é adequado para aplicações que exigem ajustes rápidos.
d. Modulação por chaveamento: controlando o estado de chaveamento do laser para ajustar a largura do pulso.
e. Controle de temperatura: as mudanças de temperatura afetarão a estrutura do nível de energia dos elétrons do laser, afetando indiretamente a largura do pulso.
f. Utilizar tecnologia de modulação: A tecnologia de modulação é um meio eficaz de controlar com precisão a largura do pulso.
Modulação a laserA tecnologia de modulação a laser utiliza um laser como meio de transmissão para carregar informações. De acordo com sua relação com o laser, a modulação pode ser dividida em modulação interna e modulação externa. A modulação interna refere-se ao modo de modulação no qual o sinal modulado é inserido durante a oscilação do laser para alterar seus parâmetros e, consequentemente, suas características de saída. A modulação externa refere-se ao modo de modulação no qual o sinal modulado é adicionado após a formação do laser, alterando as propriedades de saída sem modificar seus parâmetros de oscilação.
A tecnologia de modulação também pode ser classificada de acordo com as formas de modulação da portadora, incluindo modulação analógica, modulação por pulsos e modulação digital (modulação por código de pulsos); de acordo com os parâmetros de modulação, divide-se em modulação de intensidade e modulação de fase.
Modulador de intensidadeA largura do pulso é controlada ajustando-se a variação da intensidade da luz laser.
Modulador de faseA largura do pulso é ajustada alterando-se a fase da onda de luz.
Amplificador de fase travada: Através da modulação do amplificador de fase travada, a largura do pulso do laser pode ser ajustada com precisão.
Data da publicação: 24/03/2025