레이저 펄스 제어 기술의 펄스 주파수 제어

펄스 주파수 제어레이저 펄스 제어 기술

1. 펄스 주파수, 레이저 펄스율(펄스 반복률)의 개념은 단위 시간당 방출되는 레이저 펄스 수를 나타내며, 일반적으로 헤르츠(Hz) 단위로 표시됩니다. 고주파 펄스는 높은 반복률 응용 분야에 적합하며, 저주파 펄스는 고에너지 단일 펄스 작업에 적합합니다.

2. 전력, 펄스 폭, 주파수의 관계 레이저 주파수 제어에 앞서 전력, 펄스 폭, 주파수의 관계를 먼저 설명해야 합니다. 레이저 전력, 주파수, 펄스 폭 사이에는 복잡한 상호작용이 존재하며, 이 중 하나의 매개변수를 조정하려면 일반적으로 다른 두 매개변수를 고려하여 적용 효과를 최적화해야 합니다.

3. 일반적인 펄스 주파수 제어 방법

a. 외부 제어 모드는 전원 공급 장치 외부에서 주파수 신호를 로드하고, 로드 신호의 주파수와 듀티 사이클을 제어하여 레이저 펄스 주파수를 조정합니다. 이를 통해 출력 펄스를 로드 신호와 동기화할 수 있어 정밀 제어가 필요한 분야에 적합합니다.

b. 내부 제어 모드 주파수 제어 신호는 추가적인 외부 신호 입력 없이 드라이브 전원 공급 장치에 내장되어 있습니다. 사용자는 고정 내장 주파수 또는 조정 가능한 내부 제어 주파수 중에서 선택하여 더욱 유연하게 사용할 수 있습니다.

c. 공진기의 길이를 조정하거나전기광학 변조기레이저의 주파수 특성은 공진기의 길이를 조정하거나 전기광학 변조기를 사용하여 변경할 수 있습니다. 이러한 고주파 조절 방식은 레이저 미세 가공 및 의료 영상과 같이 더 높은 평균 전력과 더 짧은 펄스 폭이 필요한 응용 분야에 자주 사용됩니다.

d. 음향 광학 변조기(AOM 변조기)는 레이저 펄스 제어 기술의 펄스 주파수 제어를 위한 중요한 도구입니다.AOM 변조기음향 광학 효과(즉, 음파의 기계적 진동 압력이 굴절률을 변화시킴)를 이용하여 레이저 빔을 변조하고 제어합니다.

4. 공동 내 변조 기술은 외부 변조에 비해 공동 내 변조가 더 효율적으로 높은 에너지, 피크 전력을 생성할 수 있습니다.펄스 레이저다음은 네 가지 일반적인 공동 내 변조 기술입니다.

a. 이득 스위칭(Gain Switching)은 펌프 광원을 빠르게 변조하여 이득 매질의 입자 수 반전 및 이득 계수를 빠르게 확립하고 유도 복사 속도를 초과하여 공동 내 광자 수의 급격한 증가와 단펄스 레이저 생성을 유도합니다. 이 방법은 특히 나노초에서 수십 피코초까지의 펄스를 생성할 수 있는 반도체 레이저에서 널리 사용되며, 수 기가헤르츠의 반복률을 가지고 높은 데이터 전송 속도를 갖는 광통신 분야에서 널리 사용됩니다.

Q 스위치(Q-스위칭) Q 스위치는 레이저 공동에 높은 손실을 발생시켜 광 피드백을 억제합니다. 이를 통해 펌핑 과정에서 임계치를 훨씬 넘는 입자 밀도 반전이 발생하여 많은 양의 에너지를 저장할 수 있습니다. 이후 공동의 손실이 빠르게 감소하고(즉, 공동의 Q 값이 증가함), 광 피드백이 다시 활성화되어 저장된 에너지가 초단파 고강도 펄스 형태로 방출됩니다.

c. 모드 잠금은 레이저 공동 내 다양한 ​​종방향 모드 간의 위상 관계를 제어하여 피코초 또는 펨토초 수준의 초단 펄스를 생성합니다. 모드 잠금 기술은 수동 모드 잠금과 능동 모드 잠금으로 구분됩니다.

d. 공동 덤핑(Cavity Dumping) 공진기 내 광자에 에너지를 저장하고, 저손실 공동 거울을 사용하여 광자를 효과적으로 결합함으로써 공동 내 저손실 상태를 일정 시간 동안 유지합니다. 한 번의 왕복 사이클 후, 음향 광학 변조기나 전기 광학 셔터와 같은 내부 공동 소자를 빠르게 스위칭하여 강한 펄스를 공동 밖으로 "덤핑"하고, 짧은 펄스 레이저를 방출합니다. Q-스위칭과 ​​비교하여, 공동 비우기(Cavity Emptying)는 높은 반복률(예: 수 메가헤르츠)에서 수 나노초의 펄스 폭을 유지할 수 있으며, 특히 높은 반복률과 짧은 펄스가 필요한 응용 분야에서 더 높은 펄스 에너지를 허용합니다. 다른 펄스 생성 기술과 결합하면 펄스 에너지를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

펄스 제어원자 램프펄스 폭 제어, 펄스 주파수 제어, 그리고 다양한 변조 기법을 포함하는 복잡하고 중요한 공정입니다. 이러한 기법들을 합리적으로 선택하고 적용함으로써 레이저 성능을 다양한 응용 분야의 요구에 맞춰 정밀하게 조절할 수 있습니다. 앞으로 새로운 소재와 기술의 지속적인 등장으로 레이저 펄스 제어 기술은 더욱 획기적인 발전을 이룰 것이며,레이저 기술더 높은 정밀도와 더 폭넓은 적용을 지향합니다.