مكبر التغذية الراجعة الموجبة

تعريف:
هناك تجويف رنين في مكبر الضوء البصري ، لذلك يمكن للنبض البصري أن يدور مرات عديدة داخل التجويف قبل الاقتران.

مضخم ردود الفعل الإيجابية هو جهاز يستخدم لتضخيم النبضات البصرية ، عادة مع أطوال النبضات القصيرة جدا في نطاق بيكوثانية أو فيمتوثانية (انظر مضخمات سريعة جدا). يمكن وضع وسيط الكسب في تجويف الرنين عدة مرات من خلال وسيط الكسب (عادة وسيط الحالة الصلبة) ، إلى جانب مفتاح بصري ، باستخدام محول كهربائي بصري ومقطب. يمكن التحكم في عدد الدورات في تجويف الرنين بواسطة مفتاح بصري ، والذي يمكن أن يكون كبيرا جدا ، مما يؤدي إلى عامل تضخيم عام عالي جدا.  
على الرغم من أن النبضات تمر عبر وسط الكسب مرات متعددة في مكبر ردود فعل إيجابي ، إلا أن مكبر ردود فعل متعدد المرور لا يزال يشير إلى جهاز مع عدد محدد من القنوات التي يتم الحصول عليها بناءً على الخصائص الهندسية لمسار الشعاع ، بدلاً من استخدام المفاتيح البصرية. ومن الطبيعي أيضًا للغاية النظر في مكبر ردود الفعل الإيجابي كمضخم متعدد المرور.  

 

صورةواحدمخطط لجهاز مضخم ردود الفعل الإيجابية في بيكوسيكوند. يعمل صندوق Pockels كمفتاح بصري مع شرائح ربع ومستقطبات الأفلام الرقيقة. تستخدم مرآة دوران فاراداي لفصل النبضات الحادثة والخارجة.  

مبدأ عمل مضخم ردود الفعل الإيجابية
ويمكن فهم مبدأ عمل ردود الفعل الإيجابية من الجوانب التالية:

• أولا، يتم ضخ وسيط المكسب لفترة من الوقت لجمع بعض الطاقة. 
• ثم يدخل النبض الأول تجويف الرنين من خلال منفذ يسيطر عليه مفتاح تأثير كهربائي بصري (أو تأثير صوتي بصري) مفتوح لفترة وجيزة (أقل من الوقت الذي يستغرقه النبض لدورة مرة واحدة داخل التجويف).  
• يدور هذا النبض عدة مرات (ربما مئات المرات) في تجويف الرنين ويتم تضخيمه إلى مستوى طاقة عالي جدا.  
• وأخيرا، يتم إطلاق النبض من تجويف الرنين. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مفتاح كهربائي بصري ثان، أو باستخدام مفتاح يربطه. 

هذا المبدأ يسمح باستخدام مكبرات ضخمة متوسطة الحجم لتحقيق مكاسب عالية وطاقة نبض في نطاق الميليجول ، في حين يمكن للأجهزة الأكبر إنتاج طاقة أعلى. معدل تكرار النبض النموذجي هو1 كيلو هرتزمقياس (قد تصل أيضا إلى عدة مئات)كيلو هرتز ) عند معدلات تكرار أقل ، يمكن الحصول على أعلى طاقة نبض.  
لاحظ أن الليزر البذور عادة ما يكون ليزر مقفل الوضع مع معدلات تكرار نبضات عالية جدا، مثل عدة مئات من ميغاهرتز، ويستخدم عدد قليل جدا من نبضات البذور في مكبرات الضخم.  
لسيناريوهات معدل التكرار العالي (عدة عشرات)كيلو هرتزحتى أعلى) ، عادة ما يتم ضخ وسط مكسب المكبر باستمرار. لحالات معدل التكرار المنخفض (خاصة عندما تكون فترة النبض أطول بكثير من عمر مستوى الطاقة العلوي) ، ضخ النبض (على سبيل المثال ، باستخدام التعديل)Qالليزر هو أكثر فائدة. هيكل شائع الاستخدام هو استخدام مضاعفة الترددياغيستخدم الليزر لضخ مضخم الزفير التيتانيوم ردود الفعل الإيجابية.  

مسائل أخرى
بسبب عرض النطاق الترددي المحدود المكسب لوسيط المكبر ، يتم تقليل عرض النبض ، مما يؤدي إلى زيادة في طول النبض المكبر. يسمى هذا تأثير تضييق المكاسب ، والذي يمكن تقليله عن طريق إضافة فلاتر طيفية مناسبة إلى مكبر الضخم ، مما يؤدي إلى طيف مكاسب صافي أوسع وأسط.  
في أجهزة فيموثانية ، يجب تعويض التشتت الناجم عن صناديق بوكيلز. قد تكون هناك أيضًا آثار غير خطية ، ومن الضروري استخدام تضخيم النبض المضغوط أو تضخيم النبض المقسم لقمع هذه الآثار بفعالية. إذا لم يتم اتخاذ أي تدابير ، فإن طاقة النبض المكتسبة ستحد من التأثيرات غير الخطية ، وحتى قد تحدث ظواهر الضرر البصري. 
يتم تقليل كفاءة الطاقة لمضخم ردود الفعل الإيجابية بشكل كبير بسبب تأثير الخسارة داخل التجويف ، وخاصة في المفاتيح الكهربائية البصرية. عندما يكون مكسب الحلقة الواحدة منخفضًا ، فإنه أكثر حساسية لهذه الخسائر لأنه من أجل الحصول على عامل تضخيم معين ، من الضروري زيادة عدد دورات النبض في الحلقة.  
كما يمكن لمضخمات ردود الفعل الإيجابية تقليل مكاسبها وكفاءة المضخة بسبب محدودية عمر الطاقة المنخفضة ، مما يؤدي إلى عدد كبير من مستويات الطاقة المنخفضة عند تضخيم النبضات ، مما يؤدي إلى إعادة الامتصاص والانتقالات الليزرية. تحدث هذه المشكلة بشكل رئيسي عندما يضخم المكبر النبضات القصيرة جداً، لكنها لا تحدث أثناء تضخيم الصوت لأن طول نبض المكبر طويل نسبياً في هذا الوقت.  
في بعض التطبيقات ، من الضروري الحفاظ على طاقة النبض المرافقة عند مستوى منخفض نسبياً ، أي للحصول على تباين نبض عالي. يمكن توليد النبضات المرافقة بطرق عدة ، مثل التبديل غير الكامل في صناديق بوكيلز أو الانعكاسات الطفيلية في مكبرات الضخم. يلزم اختيار نبضات إضافية لقمع النبضات السابقة أو التالية.  
عندما يكون معدل تكرار النبض مرتفعًا ، قد يكون هناك تقلبات قوية في عملية تضخيم النبض. ويمكن أيضا أن يحدث التقسيمات الدورية، حيث تختلف طاقة النبض بين قيمتين، تليها أربع أو حتى ثمانية قيم. عندما يكون معدل تكرار النبض أعلى ، فإنه سيسبب آثار فوضوية. صورةاثنينإنه سيناريو محاكاة رقمية. 

 

صورةاثنينالعلاقة بين طاقة النبض لمضخم ردود الفعل الإيجابية وعدد الدورات في تجويف الرنين ، باستخدامRPيحصل برنامج طاقة الألياف البصرية على نتائج المحاكاة.  
وسط المكسب الشائع الاستخدام لمضخمات ردود الفعل الإيجابية هو الزفير التيتانيوم ، الذي يحتوي على عرض نطاق واسع وموصلية حرارية. وسائل الإعلام الأخرى المكتسبة، مثل وسائل الإعلام المكتسبة بالإيتربيوم أو النيوديميوم، مناسبة للاستخدام مع ضخ الثنائي. بسبب عمر مستوى أعلى أطول ، لديهم قدرات تخزين طاقة قوية. ومع ذلك ، بسبب عرض النطاق الترددي الأصغر ، فإنها تولد نبضات أطول (عادة عدة مئات).فأو حتى أطول).  
وتشمل تطبيقات مكبرات ردود الفعل الإيجابية معالجة المواد (مثل استخدامmJيتم استخدام قطع الطاقة النبضية للمعادن والتجارب العلمية ، مثل فيزياء الطاقة العالية ، لتوليد الهوائية عالية الترتيب.  

منتجات بديلة
بديل لمضخم ردود الفعل الإيجابية هو مضخم متعدد المرور ، حيث يتم الحصول على قنوات متعددة عن طريق ترتيب العديد من المرايا (كل قناة لها اتجاه انتشار مختلف قليلاً). هذا المخطط لا يتطلب استخدام محولات سريعة، ولكن يمكن أن تكون معقدة (وصعبة الترتيب) عندما يكون هناك العديد من القنوات التي تمر عبر وسيط المكسب. وفقًا للقواعد التجريبية ، فإن مكبر ضخم متعدد المرور أكثر ملاءمة للحصول على طاقة نبض عالية جداً عندما يكون المكسب محدودًا (لأن طاقة نبض الحادث مرتفعة بالفعل) ، في حين أن مكبر ردود الفعل الإيجابية أكثر ملاءمة لحالات المكسب العالي جداً. بطبيعة الحال ، يمكن الجمع بين هذين المكبرات مع بعضها البعض: يوفر مكبر التغذية الراجعة الإيجابية مكاسب عالية ، ويزيد مكبر التضخيم متعدد المرور في المحطة من طاقة النبض (انظر سلسلة مكبر التضخيم ، مكبر التضخيم الفائق السرعة).  
تقنية أخرى يمكن أن تحقق طاقة نبض عالية ، على الرغم من أنها ليست عالية مثل مكبرات ردود الفعل الإيجابية ، هي استخدام تجويف مائل في الليزر المغلق. هذه التكنولوجيا مناسبة بشكل خاص لتحقيق معدلات تكرار نبضات عالية تصل إلى عدة ميغاهرتز.