Giới thiệu về MOPA

MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) ​​là một kiến ​​trúc laser giúp nâng cao hiệu suất đầu ra bằng cách tách nguồn xung mồi (bộ dao động chủ) khỏi giai đoạn khuếch đại công suất. Khái niệm cốt lõi là tạo ra tín hiệu xung mồi chất lượng cao bằng bộ dao động chủ (MO), sau đó được khuếch đại năng lượng bởi bộ khuếch đại công suất (PA), cuối cùng tạo ra các xung laser công suất cao, chất lượng chùm tia cao và có thể điều khiển thông số. Kiến trúc này được sử dụng rộng rãi trong xử lý công nghiệp, nghiên cứu khoa học và các ứng dụng y tế.

1.Ưu điểm chính của khuếch đại MOPA

①Các thông số linh hoạt và có thể điều khiển:

- Độ rộng xung có thể điều chỉnh độc lập:

Độ rộng xung của xung mồi có thể được điều chỉnh độc lập với tầng khuếch đại, thường nằm trong khoảng từ 1 ns đến 200 ns.

- Tốc độ lặp lại có thể điều chỉnh:

Hỗ trợ nhiều mức tần số lặp xung khác nhau, từ xung đơn đến xung tần số cao ở mức MHz, để đáp ứng các nhu cầu xử lý đa dạng (ví dụ: đánh dấu tốc độ cao và khắc sâu).

②Chất lượng chùm sáng cao:
Đặc tính nhiễu thấp của nguồn phát tia ban đầu được duy trì sau khi khuếch đại, mang lại chất lượng chùm tia gần đạt giới hạn nhiễu xạ (M² < 1,3), phù hợp cho gia công chính xác.

③Năng lượng xung cao và độ ổn định tốt:
Với khuếch đại đa tầng, năng lượng xung đơn có thể đạt đến mức milijoule với độ dao động năng lượng tối thiểu (<1%), lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao.

④Khả năng xử lý ở nhiệt độ thấp:
Với độ rộng xung ngắn (ví dụ, trong phạm vi nano giây), các tác động nhiệt lên vật liệu có thể được giảm thiểu, cho phép gia công chính xác các vật liệu dễ vỡ như thủy tinh và gốm sứ.

2. Bộ dao động chính (MO):

Bộ điều biến từ (MO) tạo ra các xung mồi có công suất thấp nhưng được điều khiển chính xác. Nguồn mồi thường là laser bán dẫn (LD) hoặc laser sợi quang, tạo ra các xung thông qua điều biến trực tiếp hoặc gián tiếp.

3.Bộ khuếch đại công suất (PA):

Hệ thống PA sử dụng các bộ khuếch đại sợi quang (như sợi quang pha tạp ytterbium, YDF) để khuếch đại các xung tín hiệu ban đầu qua nhiều giai đoạn, giúp tăng đáng kể năng lượng xung và công suất trung bình. Thiết kế bộ khuếch đại phải tránh các hiệu ứng phi tuyến tính như tán xạ Brillouin kích thích (SBS) và tán xạ Raman kích thích (SRS), đồng thời vẫn duy trì chất lượng chùm tia cao.

So sánh MOPA với laser sợi quang Q-switched truyền thống