MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) คือสถาปัตยกรรมเลเซอร์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเลเซอร์โดยการแยกแหล่งกำเนิดสัญญาณ (ออสซิลเลเตอร์หลัก) ออกจากขั้นตอนการขยายกำลัง แนวคิดหลักคือการสร้างสัญญาณพัลส์หลักคุณภาพสูงด้วยออสซิลเลเตอร์หลัก (MO) จากนั้นจึงขยายพลังงานด้วยตัวขยายกำลัง (PA) เพื่อให้ได้พัลส์เลเซอร์ที่มีกำลังสูง คุณภาพลำแสงสูง และสามารถควบคุมพารามิเตอร์ได้ สถาปัตยกรรมนี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และการใช้งานทางการแพทย์
1.ข้อดีที่สำคัญของการขยายสัญญาณ MOPA
①พารามิเตอร์ที่ยืดหยุ่นและควบคุมได้:
- สามารถปรับความกว้างของพัลส์ได้อย่างอิสระ:
ความกว้างของพัลส์เริ่มต้นสามารถปรับได้โดยอิสระจากขั้นตอนการขยายสัญญาณ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 นาโนวินาทีถึง 200 นาโนวินาที
- สามารถปรับอัตราการทำซ้ำได้:
รองรับอัตราการทำซ้ำของพัลส์ที่หลากหลาย ตั้งแต่พัลส์แบบยิงครั้งเดียวไปจนถึงพัลส์ความถี่สูงระดับเมกะเฮิร์ตซ์ เพื่อตอบสนองความต้องการในการประมวลผลที่หลากหลาย (เช่น การทำเครื่องหมายความเร็วสูงและการแกะสลักลึก)
②คุณภาพลำแสงสูง:
คุณลักษณะที่มีสัญญาณรบกวนต่ำของแหล่งกำเนิดเมล็ดพันธุ์ยังคงอยู่หลังจากการขยายสัญญาณ ทำให้ได้คุณภาพลำแสงใกล้เคียงกับขีดจำกัดการเลี้ยวเบน (M² < 1.3) ซึ่งเหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูง
③พลังงานพัลส์สูงและความเสถียร:
ด้วยการขยายสัญญาณหลายขั้นตอน พลังงานจากพัลส์เดี่ยวสามารถเข้าถึงระดับมิลลิจูลได้ โดยมีความผันผวนของพลังงานน้อยที่สุด (<1%) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง
④ความสามารถในการแปรรูปเย็น:
ด้วยความกว้างของพัลส์ที่สั้น (เช่น ในช่วงนาโนวินาที) ผลกระทบจากความร้อนต่อวัสดุจะลดลง ทำให้สามารถประมวลผลวัสดุที่เปราะบาง เช่น แก้วและเซรามิกได้อย่างละเอียด
2. ออสซิลเลเตอร์หลัก (MO):
อุปกรณ์ MO สร้างพัลส์เริ่มต้นที่มีกำลังต่ำแต่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ แหล่งกำเนิดพัลส์เริ่มต้นมักจะเป็นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (LD) หรือเลเซอร์ไฟเบอร์ ซึ่งสร้างพัลส์ผ่านการปรับสัญญาณโดยตรงหรือจากภายนอก
3.เครื่องขยายเสียง (PA):
เครื่องขยายกำลัง (PA) ใช้ตัวขยายสัญญาณแบบไฟเบอร์ (เช่น ไฟเบอร์ที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียม หรือ YDF) เพื่อขยายพัลส์เริ่มต้นในหลายขั้นตอน ซึ่งช่วยเพิ่มพลังงานพัลส์และกำลังเฉลี่ยอย่างมาก การออกแบบตัวขยายสัญญาณต้องหลีกเลี่ยงผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น การกระเจิงแบบบริลลูอินกระตุ้น (SBS) และการกระเจิงแบบรามานกระตุ้น (SRS) ในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพลำแสงให้สูง
MOPA เทียบกับเลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Q-switched แบบดั้งเดิม
| คุณสมบัติ | โครงสร้าง MOPA | เลเซอร์ Q-switched แบบดั้งเดิม |
| การปรับความกว้างของพัลส์ | สามารถปรับได้อย่างอิสระ (1–500 นาโนวินาที) | ค่าคงที่ (ขึ้นอยู่กับ Q-switch โดยทั่วไป 50–200 นาโนวินาที) |
| อัตราการทำซ้ำ | ปรับได้กว้าง (1 kHz–2 MHz) | ช่วงคงที่หรือช่วงแคบ |
| ความยืดหยุ่น | สูง (พารามิเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้) | ต่ำ |
| สถานการณ์การใช้งาน | การกลึงแม่นยำสูง การทำเครื่องหมายด้วยความถี่สูง การแปรรูปวัสดุพิเศษ | การตัดและการทำเครื่องหมายทั่วไป |
วันที่เผยแพร่: 15 พฤษภาคม 2568