التحكم في عرض النبضةالتحكم بنبضات الليزرتكنولوجيا
يعد التحكم في نبضات الليزر أحد الروابط الرئيسية فيتكنولوجيا الليزر، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء الليزر وتأثيره التطبيقي. ستتناول هذه الورقة البحثية بشكل منهجي التحكم في عرض النبضة وترددها وتقنيات التعديل ذات الصلة، وتسعى جاهدةً لتكون احترافية وشاملة ومنطقية.
1. مفهوم عرض النبضة
يُشير عرض نبضة الليزر إلى مدة نبضة الليزر، وهي مُعامل رئيسي لوصف الخصائص الزمنية لمخرجات الليزر. بالنسبة لليزرات النبضية فائقة القصر (مثل ليزرات النانو ثانية والبيكو ثانية والفيمتو ثانية)، كلما قصر عرض النبضة، زادت ذروة الطاقة وانخفض التأثير الحراري، وهو مناسب للتصنيع الدقيق والبحث العلمي.
2. العوامل المؤثرة على عرض نبضة الليزر يتأثر عرض نبضة الليزر بمجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك الجوانب التالية بشكل أساسي:
أ. خصائص وسط الكسب. تتميز أنواع مختلفة من وسائط الكسب ببنية فريدة لمستوى الطاقة وعمر فلوري، مما يؤثر بشكل مباشر على توليد وعرض نبضة الليزر. على سبيل المثال، تُعد ليزرات الحالة الصلبة، وبلورات Nd:YAG، وبلورات Ti:Sapphire من وسائط ليزر الحالة الصلبة الشائعة. عادةً ما تُنتج ليزرات الغاز، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وليزر الهيليوم-نيون (HeNe)، نبضات طويلة نسبيًا نظرًا لبنيتها الجزيئية وخصائص حالتها المثارة؛ أما ليزرات أشباه الموصلات، فبفضل التحكم في زمن إعادة تركيب الناقل، يمكن تحقيق عرض نبضات يتراوح من النانو ثانية إلى البيكو ثانية.
تصميم تجويف الليزر له تأثير كبير على عرض النبضة، بما في ذلك: طول التجويف، يحدد طول تجويف الليزر الوقت اللازم للضوء للسفر مرة وتكرارًا في التجويف، سيؤدي التجويف الأطول إلى عرض نبضة أطول، في حين أن التجويف الأقصر يساعد على توليد نبضات قصيرة للغاية؛ الانعكاس: يمكن للعاكس ذو الانعكاس العالي أن يزيد من كثافة الفوتون في التجويف، وبالتالي تحسين تأثير الكسب، ولكن الانعكاس العالي جدًا قد يزيد من الخسارة في التجويف ويؤثر على استقرار عرض النبضة؛ سيؤثر موضع وسيط الكسب وموضع وسيط الكسب في التجويف أيضًا على وقت التفاعل بين الفوتون ووسيط الكسب، ومن ثم يؤثر على عرض النبضة.
ج. تعد تقنية التبديل Q وتقنية قفل الوضع من الوسائل المهمة لتحقيق إخراج الليزر النبضي وتنظيم عرض النبضة.
د. مصدر المضخة ووضع المضخة إن استقرار الطاقة لمصدر المضخة واختيار وضع المضخة لهما أيضًا تأثير مهم على عرض النبضة.
3. طرق التحكم الشائعة في عرض النبضة
أ. تغيير وضع عمل الليزر: يؤثر وضع عمل الليزر بشكل مباشر على عرض نبضته. يمكن التحكم في عرض النبضة بضبط المعلمات التالية: تردد مصدر المضخة وشدته، وطاقة دخله، ودرجة انعكاس تعداد الجسيمات في وسط الكسب. تُغير انعكاسية عدسة الخرج كفاءة التغذية الراجعة في الرنان، مما يؤثر على عملية تكوين النبضة.
ب. التحكم في شكل النبضة: اضبط عرض النبضة بشكل غير مباشر عن طريق تغيير شكل نبضة الليزر.
ج. تعديل التيار: بتغيير تيار خرج مصدر الطاقة لتنظيم توزيع مستويات الطاقة الإلكترونية في وسط الليزر، ومن ثم تغيير عرض النبضة. تتميز هذه الطريقة بسرعة استجابة عالية، وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تعديلًا سريعًا.
د. تعديل التبديل: عن طريق التحكم في حالة تبديل الليزر لضبط عرض النبضة.
هـ. التحكم في درجة الحرارة: تؤثر التغيرات في درجة الحرارة على بنية مستوى طاقة الإلكترون في الليزر، وبالتالي تؤثر بشكل غير مباشر على عرض النبضة.
و. استخدام تقنية التعديل: تعتبر تقنية التعديل وسيلة فعالة للتحكم الدقيق في عرض النبضة.
تعديل الليزرالتكنولوجيا هي تقنية تستخدم الليزر كحامل وتُحمّل عليه المعلومات. ويمكن تقسيمها، حسب علاقتها بالليزر، إلى تعديل داخلي وتعديل خارجي. يشير التعديل الداخلي إلى وضع التعديل الذي تُحمّل فيه الإشارة المُعدّلة أثناء تذبذب الليزر لتغيير معلمات تذبذبه، وبالتالي تغيير خصائص خرج الليزر. أما التعديل الخارجي، فيشير إلى وضع التعديل الذي تُضاف فيه إشارة التعديل بعد تشكيل الليزر، فتتغير خصائص خرج الليزر دون تغيير معلمات تذبذبه.
يمكن أيضًا تصنيف تقنية التعديل وفقًا لأشكال تعديل الناقل، بما في ذلك التعديل التناظري، وتعديل النبضة، والتعديل الرقمي (تعديل رمز النبضة)؛ وفقًا لمعلمات التعديل، يتم تقسيمها إلى تعديل الكثافة وتعديل الطور.
معدل الشدة:يتم التحكم في عرض النبضة عن طريق ضبط تغيير شدة ضوء الليزر.
معدِّل الطور:يتم تعديل عرض النبضة عن طريق تغيير طور الموجة الضوئية.
مضخم مقفل الطور: من خلال تعديل مضخم مقفل الطور، يمكن تعديل عرض نبضة الليزر بدقة.
وقت النشر: ٢٤ مارس ٢٠٢٥