パルス幅制御レーザーパルス制御テクノロジー
レーザーのパルス制御は、レーザー技術は、レーザーの性能と応用効果に直接影響を及ぼします。本稿では、パルス幅制御、パルス周波数制御、および関連する変調技術を体系的に整理し、専門的、包括的、かつ論理的な解説を目指します。
1. パルス幅の概念
レーザーのパルス幅とは、レーザーパルスの持続時間を指し、レーザー出力の時間特性を表す重要なパラメータです。超短パルスレーザー（ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒レーザーなど）の場合、パルス幅が短いほどピーク出力が高くなり、熱影響が小さくなるため、精密加工や科学研究に適しています。
2. レーザーパルス幅に影響する要因 レーザーのパルス幅は、主に以下の側面を含むさまざまな要因によって影響を受けます。
a. 利得媒体の特性。利得媒体の種類によってエネルギー準位構造と蛍光寿命は異なり、レーザーパルスの生成とパルス幅に直接影響します。例えば、固体レーザー、Nd:YAG結晶、Ti:サファイア結晶は一般的な固体レーザー媒体です。二酸化炭素（CO₂）レーザーやヘリウムネオン（HeNe）レーザーなどのガスレーザーは、その分子構造と励起状態の特性により、通常比較的長いパルスを生成します。半導体レーザーは、キャリアの再結合時間を制御することで、ナノ秒からピコ秒までのパルス幅を実現できます。
レーザー空洞の設計は、パルス幅に大きな影響を与えます。これには、空洞の長さが含まれます。レーザー空洞の長さは、光が空洞内で1回移動するのに必要な時間を決定します。空洞が長いほどパルス幅は長くなり、空洞が短いほど超短パルスの生成につながります。反射率：反射率の高い反射器は、空洞内の光子密度を高めてゲイン効果を向上させることができますが、反射率が高すぎると、空洞内での損失が増加し、パルス幅の安定性に影響を与える可能性があります。ゲイン媒体の位置と空洞内のゲイン媒体の位置も、光子とゲイン媒体との相互作用時間に影響を与え、パルス幅に影響を与えます。
c. Qスイッチング技術とモードロック技術は、パルスレーザー出力とパルス幅制御を実現するための2つの重要な手段です。
d. ポンプ ソースとポンプ モード ポンプ ソースの電力安定性とポンプ モードの選択も、パルス幅に重要な影響を及ぼします。
3. 一般的なパルス幅制御方法
a. レーザーの動作モードを変更する：レーザーの動作モードはパルス幅に直接影響します。パルス幅は、以下のパラメータを調整することで制御できます：ポンプ光源の周波数と強度、ポンプ光源へのエネルギー入力、利得媒体における粒子反転分布の度合い。出力レンズの反射率は共振器内のフィードバック効率を変化させ、パルス形成プロセスに影響を与えます。
b. パルス形状の制御: レーザーパルスの形状を変更することで、パルス幅を間接的に調整します。
c. 電流変調：電源の出力電流を変化させることで、レーザー媒体内の電子エネルギーレベルの分布を調整し、パルス幅を変化させます。この方法は応答速度が速く、迅速な調整が必要なアプリケーションシナリオに適しています。
d. スイッチ変調: レーザーのスイッチング状態を制御してパルス幅を調整します。
e. 温度制御: 温度変化はレーザーの電子エネルギーレベル構造に影響を与え、間接的にパルス幅に影響を与えます。
f. 変調技術を使用する: 変調技術は、パルス幅を正確に制御する効果的な手段です。
レーザー変調変調技術とは、レーザーを搬送波として利用し、そこに情報を載せる技術です。レーザーとの関係により、内部変調と外部変調に分けられます。内部変調とは、レーザー発振の過程で変調信号を載せることでレーザー発振パラメータを変化させ、レーザー出力特性を変化させる変調方式を指します。外部変調とは、レーザーを形成した後に変調信号を加えることで、レーザーの発振パラメータを変化させずに出力レーザー特性を変化させる変調方式を指します。
変調技術は、搬送波の変調形式によっても分類でき、アナログ変調、パルス変調、デジタル変調（パルス符号変調）などがあります。変調パラメータによって、強度変調と位相変調に分けられます。
強度変調器: レーザー光の強度変化を調整することでパルス幅を制御します。
位相変調器: 光波の位相を変えることでパルス幅を調整します。
位相同期増幅器:位相同期増幅器の変調により、レーザーパルス幅を正確に調整できます。
投稿日時: 2025年3月24日