레이저 펄스 제어 기술의 펄스 폭 제어

펄스 폭 제어레이저 펄스 제어기술

레이저의 펄스 제어는 핵심 링크 중 하나입니다.레이저 기술이는 레이저의 성능과 응용 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 논문은 펄스 폭 제어, 펄스 주파수 제어 및 관련 변조 기술을 체계적으로 정리하고, 전문적이고 포괄적이며 논리적인 논문이 되도록 노력할 것입니다.

1. 펄스 폭의 개념

레이저의 펄스 폭은 레이저 펄스의 지속 시간을 의미하며, 레이저 출력의 시간적 특성을 나타내는 핵심 매개변수입니다. 초단 펄스 레이저(나노초, 피코초, 펨토초 레이저 등)의 경우, 펄스 폭이 짧을수록 피크 전력이 높아지고 열 영향이 작아 정밀 가공이나 과학 연구에 적합합니다.

2. 레이저 펄스 폭에 영향을 미치는 요인 레이저의 펄스 폭은 다양한 요인에 의해 영향을 받는데, 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.

a. 이득 매질의 특성. 다양한 유형의 이득 매질은 고유한 에너지 준위 구조와 형광 수명을 가지며, 이는 레이저 펄스의 생성 및 펄스 폭에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 고체 레이저, Nd:YAG 결정, Ti:Sapphire 결정이 일반적인 고체 레이저 매질입니다. 이산화탄소(CO₂) 레이저 및 헬륨-네온(HeNe) 레이저와 같은 가스 레이저는 분자 구조와 여기 상태 특성으로 인해 일반적으로 비교적 긴 펄스를 생성합니다. 반도체 레이저는 캐리어 재결합 시간을 제어함으로써 나노초에서 피코초까지의 펄스 폭을 얻을 수 있습니다.

레이저 공동의 설계는 펄스 폭에 상당한 영향을 미치며 여기에는 공동의 길이가 포함됩니다. 레이저 공동의 길이는 공동 내에서 빛이 한 번 이동하고 다시 이동하는 데 필요한 시간을 결정합니다. 공동이 길수록 펄스 폭이 길어지고 공동이 짧을수록 초단 펄스가 생성됩니다. 반사율: 반사율이 높은 반사기는 공동 내의 광자 밀도를 높여 이득 효과를 개선할 수 있지만, 반사율이 너무 높으면 공동 내의 손실이 증가하고 펄스 폭 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이득 매질의 위치와 공동 내의 이득 매질의 위치도 광자와 이득 매질 간의 상호 작용 시간에 영향을 미치고 펄스 폭에 영향을 미칩니다.

c. Q-스위칭 기술과 모드 잠금 기술은 펄스 레이저 출력과 펄스 폭 조절을 실현하는 두 가지 중요한 수단입니다.

d. 펌프 소스 및 펌프 모드 펌프 소스의 전력 안정성과 펌프 모드의 선택 또한 펄스 폭에 중요한 영향을 미칩니다.

3. 일반적인 펄스 폭 제어 방법

a. 레이저 작동 모드 변경: 레이저 작동 모드는 펄스 폭에 직접적인 영향을 미칩니다. 펄스 폭은 다음 매개변수를 조정하여 제어할 수 있습니다. 펌프 소스의 주파수 및 세기, 펌프 소스의 에너지 입력, 그리고 이득 매질 내 입자 밀도 반전 정도. 출력 렌즈의 반사율은 공진기의 피드백 효율을 변화시켜 펄스 형성 과정에 영향을 미칩니다.

b. 펄스 모양 제어: 레이저 펄스 모양을 변경하여 펄스 폭을 간접적으로 조절합니다.

c. 전류 변조: 전원 공급 장치의 출력 전류를 변경하여 레이저 매질의 전자 에너지 레벨 분포를 조절하고 펄스 폭을 변경합니다. 이 방식은 응답 속도가 빠르며 신속한 조정이 필요한 응용 분야에 적합합니다.

d. 스위치 변조: 레이저의 스위칭 상태를 제어하여 펄스 폭을 조정합니다.

e. 온도 제어: 온도 변화는 레이저의 전자 에너지 준위 구조에 영향을 미쳐 펄스 폭에 간접적으로 영향을 미칩니다.

f. 변조 기술 사용: 변조 기술은 펄스 폭을 정확하게 제어하는 ​​효과적인 수단입니다.

레이저 변조레이저 기술은 레이저를 반송파로 사용하여 정보를 실어 놓는 기술입니다. 레이저와의 관계에 따라 내부 변조와 외부 변조로 구분할 수 있습니다. 내부 변조는 레이저 발진 과정에서 변조된 신호를 실어 레이저 발진 파라미터를 변경하여 출력 특성을 변화시키는 변조 방식을 말합니다. 외부 변조는 레이저 발진 후 변조 신호를 추가하고, 레이저 발진 파라미터는 변경하지 않고 출력 레이저 특성을 변화시키는 변조 방식을 말합니다.

변조기술은 아날로그 변조, 펄스 변조, 디지털 변조(펄스 코드 변조)를 포함한 반송파 변조 형태에 따라 분류할 수 있다. 변조 매개변수에 따라 강도 변조와 위상 변조로 구분한다.

강도 조절기: 펄스 폭은 레이저 광 강도의 변화를 조절하여 제어됩니다.

위상 변조기: 펄스 폭은 광파의 위상을 변화시킴으로써 조절됩니다.

위상 잠금 증폭기: 위상 잠금 증폭기 변조를 통해 레이저 펄스 폭을 정확하게 조정할 수 있습니다.