Pretplatite se na naše društvene medije za brz post
U svojoj suštini, lasersko pumpanje je proces energije energije medija za postizanje stanja u kojem može emitirati lasersko svjetlo. To se obično radi ubrizgavanjem svjetlosti ili električne struje u medij, uzbudljivim njegovim atomima i što dovodi do emisije koherentne svjetlosti. Ovaj se temeljni proces znatno razvijao od pojave prvih lasera sredinom 20. stoljeća.
Iako se često modelira jednadžbama stope, lasersko crpljenje u osnovi je kvantni mehanički proces. To uključuje zamršene interakcije između fotona i atomske ili molekularne strukture medija dobitka. Napredni modeli razmatraju pojave poput Rabi oscilacija, koje pružaju nijansirano razumijevanje tih interakcija.
Lasersko pumpanje je postupak u kojem se energija, obično u obliku svjetlosti ili električne struje, isporučuje u medij lasera kako bi se povisili atomi ili molekule u viša energetska stanja. Ovaj je prijenos energije presudan za postizanje inverzije stanovništva, stanje u kojem se više čestica pobudi nego u nižem energetskom stanju, što omogućava mediju da pojača svjetlost stimuliranom emisijom. Proces uključuje zamršene kvantne interakcije, koje se često modeliraju kroz jednadžbe brzine ili naprednije kvantne mehaničke okvire. Ključni aspekti uključuju izbor izvora crpke (poput laserskih dioda ili svjetiljki za pražnjenje), geometrije crpke (bočno ili krajnje crpke) i optimizaciju karakteristika svjetlosti pumpe (spektar, intenzitet, kvaliteta snopa, polarizaciju) kako bi odgovarali specifičnim zahtjevima dobitskog medija. Lasersko crpljenje je temeljno u različitim laserskim tipovima, uključujući čvrsto državo, poluvodički i plinski lasere, a ključno je za učinkovit i učinkovit rad lasera.
Sorte optički napunjenih lasera
1. Laseri čvrstog stanja s dopiranim izolatorima
· Pregled:Ovi laseri koriste električno izolacijski medije domaćina i oslanjaju se na optičko pumpanje kako bi energizirali lasersko-aktivne ione. Uobičajeni primjer je neodimij u yag laserima.
·Nedavno istraživanje:Studija A. Antipov i sur. Raspravlja o čvrstom stanju blizu IR lasera za optičko pumpanje Spin-izmjene. Ovo istraživanje ističe napredak laserske tehnologije čvrstog stanja, posebno u gotovo infracrvenom spektru, što je ključno za primjene poput medicinskog snimanja i telekomunikacija.
Daljnje čitanje:Čvrsto stanje u blizini IR lasera za optičko pumpanje Spin-izmjene
2. poluvodički laseri
·Opće informacije: Obično električno pumpani, poluvodički laseri također mogu imati koristi od optičkog pumpa, posebno u primjenama koje zahtijevaju veliku svjetlinu, poput vertikalne površine vanjske šupljine koja emitiraju lasere (vecsels).
·Nedavna dostignuća: U. Keller-ov rad na optičkim frekvencijskim čepovima iz ultra brzih lasera čvrstog stanja i poluvodiča pruža uvid u stvaranje stabilnih frekvencijskih čepova iz dioda pumpa čvrstog stanja i poluvodičkih lasera. Ovaj je napredak značajno za primjene u metrologiji optičke frekvencije.
Daljnje čitanje:Optička frekvencijska češljanja od ultra brzih lasera od čvrstog stanja i poluvodiča
3. Plinski laseri
·Optičko pumpanje u plinskim laserima: određene vrste plinskih lasera, poput alkalijskih pare lasera, koriste optičko pumpanje. Ovi se laseri često koriste u aplikacijama koje zahtijevaju koherentne izvore svjetlosti sa specifičnim svojstvima.
Izvori za optičko pumpanje
Lampe za pražnjenje: Za njihovu veliku snagu i široki spektar uobičajene su u laserima puštene svjetiljke, a svjetiljke za ispuštanje. Ya Mandryko i sur. Razvio je model snage stvaranja impulsnog luka u aktivnom medijskom optičkom pumpanju ksenonskih svjetiljki lasera čvrstog stanja. Ovaj model pomaže optimizirati performanse svjetiljki za crpljenje impulsa, ključne za učinkovit rad lasera.
Laserske diode:Koristi se u laserima koji su pušteni diodom, laserske diode nude prednosti poput visoke učinkovitosti, kompaktne veličine i mogućnosti da se fino podešavaju.
Daljnje čitanje:Što je laserska dioda?
Bljeskalice: Flash svjetiljke su intenzivne izvore svjetlosti širokog spektra koji se obično koriste za pumpanje lasera čvrstog stanja, poput Ruby ili ND: YAG lasera. Omogućuju prasak svjetlosti visokog intenziteta koji uzbuđuje laserski medij.
Lučne svjetiljke: Slično bljeskalicama, ali dizajnirane za kontinuirani rad, lučne svjetiljke nude stalni izvor intenzivnog svjetla. Koriste se u aplikacijama gdje je potreban kontinuirani val (CW) laserski rad.
LED diode (diode koje emitiraju svjetlost): Iako nisu toliko uobičajene kao laserske diode, LED se mogu koristiti za optičko crpljenje u određenim aplikacijama male snage. Oni su povoljni zbog svog dugog života, niskih troškova i dostupnosti u različitim valnim duljinama.
Sunčeva svjetlost: U nekim eksperimentalnim postavkama koncentrirana sunčeva svjetlost korištena je kao izvor pumpe za lasere pumpane solarne energije. Ova metoda koristi solarnu energiju, čineći je obnovljivim i isplativim izvorom, iako je manje kontroliran i manje intenzivan u usporedbi s izvorima umjetnih svjetla.
Laserske diode povezane s vlaknima: To su laserske diode spojene s optičkim vlaknima, koje laserski medij učinkovitije isporučuju svjetlost crpke. Ova je metoda osobito korisna u vlaknastim laserima i u situacijama kada je precizno isporuka svjetla pumpe presudna.
Ostali laseri: Ponekad se jedan laser koristi za pumpanje drugog. Na primjer, frekvencijski dvostruki ND: YAG laser može se koristiti za pumpanje lasera boje. Ova se metoda često koristi kada su potrebne specifične valne duljine za postupak crpljenja koji se ne postiže lako s konvencionalnim izvorima svjetlosti.
Laser od čvrstog stanja
Početni izvor energije: Proces započinje diodnim laserom, koji služi kao izvor pumpe. Diodni laseri biraju se za svoju učinkovitost, kompaktnu veličinu i sposobnost emitiranja svjetla na određenim valnim duljinama.
Svjetlo pumpa:Diodni laser emitira svjetlost koja se apsorbira medijem dobitka čvrstog stanja. Valna duljina diodnog lasera prilagođena je da odgovaraju apsorpcijskim karakteristikama medija pojačanja.
Čvrsto državaDobiti medij
Materijal:Medij dobitka u DPSS laserima obično je materijal čvrstog stanja poput ND: YAG (neodimij-dopirani ytrium aluminijski granat), ND: YVO4 (neodimij-dopirani ytrium ortovanadat), ili YB: YAG (YTterbium-Doped Yttrium alumin Alumin Alumin).
Doping:Ti su materijali dopirani s ionima rijetke zemlje (poput ND ili YB), koji su aktivni laserski ioni.
Apsorpcija i uzbuđenje energije:Kad svjetlo pumpe iz diodnog lasera uđe u medij dobitka, ioni rijetke zemlje apsorbiraju tu energiju i uzbuđuju se u viša energetska stanja.
Inverzija stanovništva
Postizanje inverzije stanovništva:Ključ laserskog djelovanja je postizanje inverzije stanovništva u mediju dobitka. To znači da je više iona u uzbuđenom stanju nego u osnovnom stanju.
Stimulirana emisija:Jednom kada se postigne inverzija stanovništva, uvođenje fotona koji odgovara energetskoj razlici između pobuđenog i prizemnog stanja može potaknuti pobuđene ione da se vrate u osnovno stanje, emitirajući foton u procesu.
Optički rezonator
Ogledala: Medij za dobitak postavljen je unutar optičkog rezonatora, obično oblikovanih dva ogledala na svakom kraju medija.
Povratne informacije i pojačavanje: Jedno od ogledala je vrlo reflektirajuća, a drugo djelomično reflektirajuće. Fotoni se odbijaju naprijed -natrag između ovih ogledala, potičući više emisija i pojačavajući svjetlost.
Laserska emisija
Koherentno svjetlo: Fotoni koji se emitiraju koherentni su, što znači da su u fazi i imaju istu valnu duljinu.
Izlaz: Djelomično reflektirajuće ogledalo omogućava prolazak dio ove svjetlosti, formirajući laserski snop koji izlazi iz DPSS lasera.
Pumpanje geometrije: bočna u odnosu na krajnje pumpanje
| Metoda pumpanja | Opis | Prijava | Prednosti | Izazovi |
|---|---|---|---|---|
| Bočno crpljenje | Svjetlo pumpe uvedeno okomito na laserski medij | Laseri štapa ili vlakana | Ujednačena raspodjela svjetla pumpe, pogodna za aplikacije velike snage | Nejednaka raspodjela pojačanja, donja kvaliteta snopa |
| Završno pumpanje | Svjetlo pumpe usmjereno duž iste osi kao i laserski snop | Laseri u čvrstom stanju poput ND: YAG | Jednolična raspodjela pojačanja, veća kvaliteta snopa | Složeno usklađivanje, manje učinkovito rasipanje topline u laserima velike snage |
Zahtjevi za učinkovito svjetlo pumpe
| Zahtjev | Važnost | Utjecaj/ravnoteža | Dodatne bilješke |
|---|---|---|---|
| Prikladnost spektra | Valna duljina mora odgovarati spektar apsorpcije laserskog medija | Osigurava učinkovitu apsorpciju i učinkovitu inverziju populacije | - |
| Intenzitet | Mora biti dovoljno visok za željenu razinu pobude | Pretjerano visoki intenziteti mogu uzrokovati toplinska oštećenja; prenisko neće postići inverziju stanovništva | - |
| Kvaliteta snopa | Posebno kritično u laserima koji su pušteni na kraj | Osigurava učinkovito spajanje i doprinosi emitiranoj kvaliteti laserskog snopa | Visoka kvaliteta snopa ključna je za precizno preklapanje svjetlosti pumpe i volumena laserskog načina rada |
| Polarizacija | Potreban za medije s anizotropnim svojstvima | Povećava učinkovitost apsorpcije i može utjecati na emitiranje polarizacije laserske svjetlosti | Možda će biti potrebno specifično stanje polarizacije |
| Buka intenziteta | Niska razina buke je presudna | Fluktuacije intenziteta svjetlosti pumpe mogu utjecati na kvalitetu i stabilnost laserskog izlaza | Važne za aplikacije koje zahtijevaju visoku stabilnost i preciznost |
Post Vrijeme: prosinac-01-2023