التحكم في تردد النبضات في تقنية التحكم في نبضات الليزر

التحكم في تردد النبض لـتقنية التحكم بنبضات الليزر

1. يشير مفهوم تردد النبض، أو معدل نبضات الليزر (معدل تكرار النبضات)، إلى عدد نبضات الليزر المنبعثة في وحدة الزمن، وعادةً ما يُقاس بالهرتز (Hz). تُناسب النبضات عالية التردد التطبيقات التي تتطلب معدل تكرار عالٍ، بينما تُناسب النبضات منخفضة التردد التطبيقات التي تتطلب طاقة عالية ونبضة واحدة.

٢. العلاقة بين القدرة وعرض النبضة والتردد: قبل التحكم في تردد الليزر، يجب أولاً شرح العلاقة بين القدرة وعرض النبضة والتردد. ثمة تفاعل معقد بين قدرة الليزر وتردده وعرض نبضته، وعادةً ما يتطلب ضبط أحد هذه المعايير مراعاة المعيارين الآخرين لتحقيق أفضل تأثير للتطبيق.

3. طرق التحكم الشائعة في تردد النبض

أ. يقوم وضع التحكم الخارجي بتحميل إشارة التردد من خارج مصدر الطاقة، ويضبط تردد نبضات الليزر عن طريق التحكم في تردد ودورة تشغيل إشارة التحميل. وهذا يسمح بمزامنة نبضة الخرج مع إشارة التحميل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا.

ب. وضع التحكم الداخلي: إشارة التحكم في التردد مدمجة في وحدة تزويد الطاقة الخاصة بالمحرك، دون الحاجة إلى إدخال إشارة خارجية إضافية. يمكن للمستخدمين الاختيار بين تردد ثابت مدمج أو تردد تحكم داخلي قابل للتعديل لمزيد من المرونة.

ج. ضبط طول الرنان أومُعدِّل كهروضوئييمكن تغيير خصائص تردد الليزر عن طريق ضبط طول الرنان أو باستخدام مُعدِّل كهروضوئي. تُستخدم هذه الطريقة لتنظيم الترددات العالية غالبًا في التطبيقات التي تتطلب قدرة متوسطة أعلى وعرض نبضات أقصر، مثل التصنيع الدقيق بالليزر والتصوير الطبي.

d. مُعدِّل صوتي بصري(معدل AOM) هو أداة مهمة للتحكم في تردد النبض في تقنية التحكم في نبضات الليزر.مُعدِّل AOMيستخدم التأثير الصوتي البصري (أي أن ضغط التذبذب الميكانيكي للموجة الصوتية يغير معامل الانكسار) لتعديل والتحكم في شعاع الليزر.

4. تقنية التعديل داخل التجويف، مقارنةً بالتعديل الخارجي، يمكن للتعديل داخل التجويف توليد طاقة عالية وقدرة ذروة بكفاءة أكبرليزر نبضيفيما يلي أربع تقنيات شائعة لتعديل الصوت داخل التجويف:

أ. من خلال التبديل السريع للكسب، يتم إنشاء انعكاس عدد الجسيمات في وسط الكسب ومعامل الكسب بسرعة، متجاوزًا معدل الإشعاع المحفز، مما يؤدي إلى زيادة حادة في عدد الفوتونات في التجويف وتوليد ليزر نبضي قصير. تُعد هذه الطريقة شائعة بشكل خاص في ليزرات أشباه الموصلات، التي يمكنها إنتاج نبضات تتراوح مدتها من نانوثانية إلى عشرات البيكوثانية، بمعدل تكرار يصل إلى عدة جيجاهرتز، وتُستخدم على نطاق واسع في مجال الاتصالات الضوئية ذات معدلات نقل البيانات العالية.

مفتاح Q (التبديل Q): تعمل مفاتيح Q على كبح التغذية الراجعة الضوئية عن طريق إحداث خسائر عالية في تجويف الليزر، مما يسمح لعملية الضخ بإحداث انعكاس في توزيع الجسيمات يتجاوز العتبة بكثير، وتخزين كمية كبيرة من الطاقة. بعد ذلك، يتم تقليل الخسارة في التجويف بسرعة (أي تزداد قيمة Q للتجويف)، ويتم تشغيل التغذية الراجعة الضوئية مرة أخرى، بحيث يتم إطلاق الطاقة المخزنة على شكل نبضات فائقة القصر وعالية الكثافة.

ج. يُولّد قفل الأنماط نبضات فائقة القصر بمستوى البيكوثانية أو حتى الفيمتوثانية عن طريق التحكم في علاقة الطور بين الأنماط الطولية المختلفة في تجويف الليزر. وتنقسم تقنية قفل الأنماط إلى قفل الأنماط السلبي وقفل الأنماط النشط.

د. تفريغ التجويف: يتم تخزين الطاقة في الفوتونات داخل الرنان، باستخدام مرآة تجويف منخفضة الفقد لربط الفوتونات بكفاءة، مما يحافظ على حالة فقد منخفضة في التجويف لفترة زمنية محددة. بعد دورة ذهاب وإياب كاملة، يتم "تفريغ" النبضة القوية من التجويف عن طريق التبديل السريع لعنصر التجويف الداخلي، مثل مُعدِّل صوتي-بصري أو مصراع كهروضوئي، ويتم انبعاث ليزر نبضي قصير. بالمقارنة مع تبديل Q، يمكن لتفريغ التجويف الحفاظ على عرض نبضة يبلغ عدة نانوثانية عند معدلات تكرار عالية (مثل عدة ميغاهرتز) ويسمح بطاقات نبضية أعلى، خاصة للتطبيقات التي تتطلب معدلات تكرار عالية ونبضات قصيرة. يمكن تحسين طاقة النبضة بشكل أكبر عند دمجها مع تقنيات توليد نبضات أخرى.

التحكم النبضي فيليزرتُعدّ عملية التحكم في نبضات الليزر عملية معقدة وهامة، تشمل التحكم في عرض النبضة، والتحكم في ترددها، والعديد من تقنيات التعديل. ومن خلال الاختيار والتطبيق الأمثل لهذه الأساليب، يُمكن ضبط أداء الليزر بدقة لتلبية احتياجات مختلف سيناريوهات التطبيق. وفي المستقبل، ومع الظهور المستمر لمواد وتقنيات جديدة، ستشهد تقنية التحكم في نبضات الليزر مزيدًا من الإنجازات، وستُسهم في تطويرها.تقنية الليزرفي اتجاه دقة أعلى وتطبيق أوسع.