이 범주의 확실한 표준은 활성 Q-스위치 솔리드 스테이트 벌크 레이저입니다. 이 특정 구성은 상당한 여기 에너지를 저장할 수 있는 솔리드 스테이트 이득 매질과 활성 제어 메커니즘(일반적으로 음향 광학 변조기(AOM))을 결합하기 때문에 이 분야를 지배합니다.
솔리드 스테이트 매질과 활성 변조 간의 시너지는 이러한 레이저가 장기간 에너지를 저장하고 이를 거대하고 제어된 버스트로 방출할 수 있게 합니다. 이 아키텍처는 높은 펄스 에너지와 피크 파워를 생성하는 업계 벤치마크입니다.
핵심 아키텍처
솔리드 스테이트 이득 매질
이 시스템의 기초는 솔리드 스테이트 결정(예: Nd:YAG)입니다. 이러한 재료는 "에너지 저장"에 독특하게 적합하며, 방출하기 전에 장기간 여기 에너지를 보유합니다.
"벌크"의 장점
광섬유 레이저와 달리 벌크 레이저는 이산 결정을 매질로 사용합니다. 이를 통해 넓은 모드 영역이 가능해져 결정 내에서 빔이 물리적으로 퍼집니다. 이 더 넓은 영역은 높은 펄스 에너지로 확장하면서 손상을 방지하는 데 중요합니다.
활성 변조(스위치)
이 일반적인 설정의 "Q-스위치"는 활성이므로 외부에서 제어됩니다. 대부분의 경우 이는 레이저 공진기 내부에 배치된 음향 광학 변조기(AOM)입니다. 이를 통해 사용자는 펄스가 언제 방출되는지 정확하게 제어할 수 있습니다.
성능 특성
높은 피크 파워
이득 매질이 에너지를 효과적으로 저장하고 벌크 설계가 넓은 빔을 지원하기 때문에 이러한 레이저는 엄청난 피크 파워를 달성합니다. 에너지는 연속 스트림이 아닌 단일 버스트로 압축됩니다.
나노초 펄스 지속 시간
이러한 레이저는 단기 펄스 영역에서 작동합니다. 일부 펄스는 밀리초 동안 지속되지만, 표준 Q-스위치 Nd:YAG 레이저는 일반적으로 3~7나노초 동안 지속되는 펄스를 제공합니다.
컴팩트 공진기 설계
벌크 레이저는 일반적으로 광섬유 레이저와 비교하여 더 짧은 레이저 공진기를 사용합니다. 더 짧은 물리적 공진기는 더 짧은 빛 왕복 시간을 허용하며, 이는 해당 짧은 나노초 범위의 펄스 지속 시간을 달성하는 데 직접적으로 기여합니다.
절충점 이해
활성 스위칭의 복잡성
활성 Q-스위칭은 정밀도를 제공하지만 전원이 공급되는 변조기(AOM)와 드라이버 전자 장치가 필요합니다. 이로 인해 시스템이 외부 제어 없이 재료 포화에만 의존하는 "수동" Q-스위칭보다 더 복잡해집니다.
벌크 대 광섬유 제약
벌크 레이저는 넓은 모드 영역으로 인해 높은 펄스 에너지에서 탁월하지만 광섬유 레이저와는 근본적으로 다릅니다. 광섬유 레이저는 다른 열적 이점을 제공할 수 있지만, 대형 모드 벌크 솔리드 스테이트 시스템의 피크 펄스 에너지 잠재력과 일치하지 못하는 경우가 많습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
레이저 소스를 평가할 때 활성 Q-스위치 벌크 레이저의 특정 강점이 애플리케이션의 한계와 일치하는지 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 펄스 에너지인 경우: 벌크 매질의 넓은 모드 영역이 대부분의 다른 구성보다 더 높은 에너지와 피크 파워를 지원하므로 이상적인 선택입니다.
- 주요 초점이 타이밍 제어인 경우: 활성 Q-스위치(AOM)는 펄스를 프로세스와 완벽하게 동기화하는 데 필요한 외부 트리거 기능을 제공합니다.
이 기술은 높은 에너지 저장과 정밀하고 고출력 전달의 강력한 조합을 요구하는 애플리케이션에 대한 골드 스탠다드로 남아 있습니다.
요약 표:
| 기능 | 활성 Q-스위치 벌크 레이저 (Nd:YAG) |
|---|---|
| 이득 매질 | 솔리드 스테이트 결정 (예: Nd:YAG) |
| 스위치 메커니즘 | 활성 (음향 광학 변조기 / AOM) |
| 펄스 지속 시간 | 3 – 7 나노초 (단기 펄스 영역) |
| 주요 장점 | 극도로 높은 피크 파워 및 에너지 저장 |
| 최적 | 정밀한 타이밍 제어 및 최대 펄스 에너지 |
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