التحكم في تردد النبضةتقنية التحكم بنبضات الليزر
١. يشير مفهوم تردد النبضة، أو معدل نبضة الليزر (معدل تكرار النبضة)، إلى عدد نبضات الليزر المنبعثة في وحدة الزمن، عادةً بوحدة هرتز (Hz). تُناسب النبضات عالية التردد تطبيقات معدل التكرار العالي، بينما تُناسب النبضات منخفضة التردد مهام النبضة الواحدة عالية الطاقة.
٢. العلاقة بين القدرة وعرض النبضة والتردد: قبل التحكم في تردد الليزر، يجب أولاً توضيح العلاقة بين القدرة وعرض النبضة والتردد. هناك تفاعل معقد بين قدرة الليزر وتردده وعرض النبضة، وعادةً ما يتطلب ضبط أحد المعلمات مراعاة المعلمتين الأخريين لتحسين تأثير التطبيق.
3. طرق التحكم في تردد النبضة الشائعة
أ. يُحمّل وضع التحكم الخارجي إشارة التردد خارج مصدر الطاقة، ويضبط تردد نبضة الليزر من خلال التحكم في تردد ودورة عمل إشارة التحميل. يتيح ذلك مزامنة نبضة الخرج مع إشارة التحميل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا.
ب. وضع التحكم الداخلي: إشارة التحكم بالتردد مدمجة في مصدر طاقة المحرك، 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 أومعدِّل كهروضوئييمكن تغيير خصائص تردد الليزر بتعديل طول الرنان أو باستخدام مُعدّل كهروضوئي. تُستخدم هذه الطريقة لتنظيم التردد العالي غالبًا في التطبيقات التي تتطلب طاقة متوسطة أعلى وعرض نبضات أقصر، مثل المعالجة الدقيقة بالليزر والتصوير الطبي.
d. معدِّل الصوت البصري(AOM Modulator) هي أداة مهمة للتحكم في تردد النبضة لتكنولوجيا التحكم في نبضات الليزر.معدِّل AOMيستخدم التأثير البصري الصوتي (أي أن ضغط التذبذب الميكانيكي لموجة الصوت يغير معامل الانكسار) لتعديل شعاع الليزر والتحكم فيه.
4. تقنية التعديل داخل التجويف، بالمقارنة مع التعديل الخارجي، يمكن للتعديل داخل التجويف أن يولد طاقة عالية وقوة ذروة بكفاءة أكبرليزر نبضيفيما يلي أربع تقنيات شائعة لتعديل التجويف:
أ. تبديل الكسب: عن طريق تعديل مصدر المضخة بسرعة، يتم تثبيت انعكاس عدد جسيمات وسط الكسب ومعامل الكسب بسرعة، متجاوزين معدل الإشعاع المُحفَّز، مما يؤدي إلى زيادة حادة في الفوتونات في التجويف وتوليد ليزر نبضي قصير. هذه الطريقة شائعة بشكل خاص في ليزرات أشباه الموصلات، التي يمكنها إنتاج نبضات تتراوح مدتها بين النانوثانية وعشرات البيكوثانية، بمعدل تكرار يبلغ عدة غيغاهرتز، وتُستخدم على نطاق واسع في مجال الاتصالات البصرية ذات معدلات نقل البيانات العالية.
مفتاح Q (مفتاح Q): يعمل مفتاح Q على كبح التغذية الراجعة الضوئية بإدخال خسائر عالية في تجويف الليزر، مما يسمح لعملية الضخ بإحداث انعكاس في تعداد الجسيمات يتجاوز العتبة بكثير، مما يؤدي إلى تخزين كمية كبيرة من الطاقة. بعد ذلك، ينخفض الفقد في التجويف بسرعة (أي تزداد قيمة Q للتجويف)، ويُفعّل التغذية الراجعة الضوئية مرة أخرى، بحيث تُطلق الطاقة المخزنة على شكل نبضات قصيرة جدًا وعالية الكثافة.
ج. يُولّد قفل الوضع نبضات قصيرة جدًا بمستوى البيكو ثانية أو حتى الفمتوثانية، وذلك من خلال التحكم في علاقة الطور بين الأوضاع الطولية المختلفة في تجويف الليزر. تنقسم تقنية قفل الوضع إلى قفل الوضع السلبي وقفل الوضع النشط.
د. تفريغ التجويف: بتخزين الطاقة في الفوتونات داخل الرنان، باستخدام مرآة تجويف منخفضة الفقد لربط الفوتونات بفعالية، مع الحفاظ على حالة ضياع منخفضة في التجويف لفترة من الزمن. بعد دورة ذهاب وعودة واحدة، تُفرغ النبضة القوية من التجويف عن طريق التبديل السريع لعنصر التجويف الداخلي، مثل مُعدِّل صوتي بصري أو مصراع كهروضوئي، ويُصدر ليزر نبضي قصير. بالمقارنة مع تبديل Q، يمكن لتفريغ التجويف الحفاظ على عرض نبضة يبلغ عدة نانوثانية بمعدلات تكرار عالية (مثل عدة ميغا هرتز) والسماح بطاقة نبضية أعلى، خاصةً للتطبيقات التي تتطلب معدلات تكرار عالية ونبضات قصيرة. بالاقتران مع تقنيات توليد النبضات الأخرى، يمكن تحسين طاقة النبض بشكل أكبر.
التحكم في النبضالليزرعملية معقدة وهامة، تتضمن التحكم في عرض النبضة وترددها، بالإضافة إلى العديد من تقنيات التعديل. ومن خلال الاختيار والتطبيق المدروس لهذه الأساليب، يمكن تعديل أداء الليزر بدقة لتلبية احتياجات مختلف تطبيقاته. وفي المستقبل، ومع التطور المستمر للمواد والتقنيات الجديدة، ستُحدث تقنية التحكم في نبضات الليزر المزيد من الاختراقات، وستعزز تطوير...تكنولوجيا الليزرفي اتجاه دقة أعلى وتطبيق أوسع.
وقت النشر: ٢٥ مارس ٢٠٢٥