Language
Country/Area
No result found
Мгновенное волшебство лазеров: как технология модуляции добротности создает сверхинтенсивные импульсы?
В стремительном развитии лазерных технологий технология модуляции добротности, несомненно, является одним из самых привлекательных инноваций. Эта технология позволяет лазерам генерировать короткие, мощные импульсы света и играет важную роль в науке, промышленности и медицине.
Добротная модуляция, также известная как генерация гигантских импульсов или добротная деструкция, — это метод, позволяющий лазеру создавать импульсный выходной луч.
Q-модуляция была впервые предложена Гордоном Гудом в 1958 году и независимо открыта и проверена Р. У. Хеллвартом и Ф. Дж. МакКлангом в исследовательских лабораториях Хьюза в 1961 или 1962 году. Они продемонстрировали модуляцию добротности в сапфировом лазере с использованием затвора с ячейкой Керра с электрическим приводом.
Принцип модуляции Q
Суть модуляции добротности заключается в размещении некоторого вида переменного поглотителя внутри оптического резонатора лазера. При работе поглотителя свет, испускаемый усиливающей средой, не может вернуться обратно, что приводит к невозможности инициировать работу лазера. Это затухание внутри полости эквивалентно снижению добротности (Q-фактора). Чем выше Q-фактор, тем меньше потери на петлю.
При переключении Q-фактора с низкого на высокий интенсивность света в лазере быстро увеличивается, создавая короткий импульс света — процесс, известный как формирование гигантского импульса.
Активная и пассивная модуляция Q
Добротную модуляцию можно разделить на две категории: активную и пассивную. Активная модуляция добротности использует внешний регулируемый аттенюатор, обычно механическое устройство, такое как затвор или вращающееся зеркало, для регулировки добротности лазера. Пассивная добротность, с другой стороны, использует насыщающийся поглотитель — материал, пропускание которого увеличивается, когда интенсивность света превышает определенный порог.
В пассивном режиме по мере увеличения мощности лазера поглотитель быстро снижает потери, способствуя формированию интенсивных световых импульсов.
Вариации Q-модуляции
Для повышения стабильности импульса ученые также разработали несколько вариантов модуляции добротности, таких как резонаторный дамп и регенеративное усиление. Среди них, вакуумный резонатор использует 100% отражающее зеркало резонатора. Когда значение Q высокое, выходной луч не генерируется. Вместо этого луч «сбрасывается» из резонатора после задержки, так что более короткий выходной импульс может быть получено, чем обычная модуляция Q.
Типичные характеристики и области применения
Обычные лазеры с модуляцией добротности, такие как лазеры Nd:YAG, могут генерировать импульсы длительностью в десятки наносекунд. Даже если средняя мощность составляет менее 1 Вт, пиковая мощность может достигать нескольких киловатт. Такие высокопиковые лазеры могут использоваться в областях, требующих высокой интенсивности, таких как резка металла и импульсная голографическая визуализация.
Высокие пиковые значения добротно-модулированного лазера позволяют широко использовать его в таких приложениях, как нелинейная оптика и измерение расстояний.
Кроме того, лазеры с модуляцией добротности также широко используются в медицине, особенно при удалении татуировок. Разбивая частицы чернил на более мелкие, которые могут быть выведены лимфатической системой организма, этот метод имеет высокий процент успеха и обычно требует нескольких процедур.
Будущее развитие
Благодаря постоянному развитию науки и техники технология модуляции добротности будет продолжать развиваться, еще больше расширяя перспективы ее применения в таких областях, как медицина, производство и научные исследования. Появление новых конструкций систем и материалов может привести к повышению эффективности работы лазера.
Как мы можем использовать эту технологию в нашей повседневной жизни для решения существующих проблем и создания лучшего будущего?
