Kiire postituse saamiseks tellige meie sotsiaalmeedia
Oma olemuselt on laserpumpamine protsess, mis annab keskkonnale energiat, et saavutada laservalgust kiirgav olek. Tavaliselt tehakse seda valguse või elektrivoolu süstimisega keskkonda, ergutades selle aatomeid ja põhjustades koherentse valguse emissiooni. See alusprotsess on pärast esimeste laserite tulekut 20. sajandi keskel märkimisväärselt edasi arenenud.
Kuigi laserpumpamist modelleeritakse sageli kiirusvõrrandite abil, on see põhimõtteliselt kvantmehaaniline protsess. See hõlmab keerulisi interaktsioone footonite ja võimenduskeskkonna aatomi- või molekulaarstruktuuri vahel. Täiustatud mudelid võtavad arvesse selliseid nähtusi nagu Rabi võnkumised, mis annavad nendest interaktsioonidest nüansirikkama ülevaate.
Laserpumpamine on protsess, kus energia, tavaliselt valguse või elektrivoolu kujul, suunatakse laseri võimenduskeskkonda, et tõsta selle aatomid või molekulid kõrgemasse energiaolekusse. See energiaülekanne on ülioluline populatsiooni inversiooni saavutamiseks, olekuks, kus rohkem osakesi on ergastatud kui madalama energiaga olekus, võimaldades meediumil stimuleeritud emissiooni kaudu valgust võimendada. Protsess hõlmab keerulisi kvantinteraktsioone, mida sageli modelleeritakse kiirusvõrrandite või arenenumate kvantmehaaniliste raamistike abil. Peamised aspektid hõlmavad pumba allika (nt laserdioodid või lahenduslambid), pumba geomeetria (külg- või otsapumpamine) ja pumba valguse omaduste (spekter, intensiivsus, kiire kvaliteet, polarisatsioon) optimeerimist, et see vastaks pumba erinõuetele. saada keskmine. Laserpumpamine on mitmesuguste laseritüüpide, sealhulgas tahkis-, pooljuht- ja gaaslaserite puhul oluline ning laseri tõhusaks ja tõhusaks tööks hädavajalik.
Optiliselt pumbatavate laserite sordid
1. Tahkislaserid legeeritud isolaatoritega
· Ülevaade:Need laserid kasutavad elektriliselt isoleerivat peremeeskeskkonda ja toetuvad laseraktiivsete ioonide pingestamiseks optilisele pumpamisele. Tavaline näide on neodüüm YAG laserites.
·Hiljutised uuringud:A. Antipovi jt uurimus. käsitleb tahkis-lähi-IR laserit spin-vahetus optilise pumpamise jaoks. See uurimus toob esile tahkislasertehnoloogia edusammud, eriti lähi-infrapunaspektris, mis on ülioluline selliste rakenduste jaoks nagu meditsiiniline pildistamine ja telekommunikatsioon.
Lisalugemine:Tahkis-ligi-IR-laser spin-vahetus-optiliseks pumpamiseks
2. Pooljuhtlaserid
·Üldteave: tavaliselt elektriliselt pumbatavad pooljuhtlaserid saavad kasu ka optilisest pumpamisest, eriti rakendustes, mis nõuavad suurt heledust, nagu vertikaalsed välisõõnsuspinna kiirgavad laserid (VECSEL).
·Hiljutised arengud: U. Kelleri töö ülikiirete tahkis- ja pooljuhtlaserite optilise sagedusega kammide kohta annab ülevaate stabiilse sagedusega kammide loomisest dioodpumbaga tahkis- ja pooljuhtlaseritest. See edusamm on optilise sagedusmetroloogia rakenduste jaoks märkimisväärne.
Lisalugemine:Optilise sagedusega kammid ülikiiretest tahkis- ja pooljuhtlaseritest
3. Gaaslaserid
·Optiline pumpamine gaasilaserites: teatud tüüpi gaasilaserid, nagu leelisauru laserid, kasutavad optilist pumpamist. Neid lasereid kasutatakse sageli rakendustes, mis nõuavad spetsiifiliste omadustega koherentseid valgusallikaid.
Optilise pumpamise allikad
Tühjenduslambid: Lambipumbaga laserites levinud lahenduslampe kasutatakse nende suure võimsuse ja laia spektri tõttu. YA Mandryko et al. töötas välja impulsskaarelahenduse genereerimise võimsusmudeli tahkislaserite aktiivmeediumis optilise pumpamise ksenoonlampides. See mudel aitab optimeerida impulsspumplampide jõudlust, mis on laseri tõhusaks tööks ülioluline.
Laserdioodid:Dioodpumbaga laserites kasutatavad laserdioodid pakuvad selliseid eeliseid nagu kõrge kasutegur, kompaktne suurus ja peenhäälestusvõime.
Lisalugemist:mis on laserdiood?
Välklambid: Välklambid on intensiivsed laia spektriga valgusallikad, mida tavaliselt kasutatakse pooljuhtlaserite, näiteks rubiinlaserite või Nd:YAG laserite pumpamiseks. Need annavad suure intensiivsusega valguspurske, mis ergastab laserkeskkonda.
Kaarlambid: Sarnaselt välklampidele, kuid mõeldud pidevaks tööks, pakuvad kaarlambid püsivat intensiivse valguse allikat. Neid kasutatakse rakendustes, kus on vaja pidevlaine (CW) laseroperatsiooni.
LED-id (valgusdioodid): kuigi mitte nii levinud kui laserdioodid, saab LED-e kasutada optiliseks pumpamiseks teatud vähese energiatarbega rakendustes. Need on soodsad tänu oma pikale elueale, madalatele kuludele ja saadavusele erinevatel lainepikkustel.
Päikesevalgus: Mõnedes eksperimentaalsetes seadistustes on päikeseenergiaga pumbatavate laserite pumbaallikana kasutatud kontsentreeritud päikesevalgust. See meetod kasutab päikeseenergiat, muutes selle taastuvaks ja kulutõhusaks allikaks, kuigi see on tehisvalgusallikatega võrreldes vähem kontrollitav ja vähem intensiivne.
Fiber-coupled laserdioodid: need on optiliste kiududega ühendatud laserdioodid, mis edastavad pumba valguse laserikandjale tõhusamalt. See meetod on eriti kasulik kiudlaserite puhul ja olukordades, kus pumba valguse täpne edastamine on ülioluline.
Muud laserid: Mõnikord kasutatakse ühte laserit teise pumpamiseks. Näiteks võib värvainelaseri pumpamiseks kasutada kahekordse sagedusega Nd: YAG laserit. Seda meetodit kasutatakse sageli siis, kui pumpamiseks on vaja kindlaid lainepikkusi, mida tavapäraste valgusallikatega pole lihtne saavutada.
Dioodpumbaga tahkislaser
Esialgne energiaallikas: Protsess algab dioodlaseriga, mis toimib pumba allikana. Dioodlaserid valitakse nende tõhususe, kompaktse suuruse ja võime tõttu kiirata valgust kindlatel lainepikkustel.
Pumba valgustus:Dioodlaser kiirgab valgust, mis neeldub tahkisvõimenduskeskkonnas. Dioodlaseri lainepikkus on kohandatud nii, et see vastaks võimenduskandja neeldumisomadustele.
Tahkis olekSaavutage keskmine
Materjal:DPSS laserite võimendusmeedium on tavaliselt tahkismaterjal, nagu Nd:YAG (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat), Nd:YVO4 (neodüümiga legeeritud ütriumortovanadaat) või Yb:YAG (ütriumiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat).
Doping:Need materjalid on legeeritud haruldaste muldmetallide ioonidega (nagu Nd või Yb), mis on aktiivsed laserioonid.
Energia neeldumine ja ergastus:Kui dioodlaseri pumbavalgus siseneb võimenduskeskkonda, neelavad haruldaste muldmetallide ioonid selle energia ja erutuvad kõrgema energiaga olekutesse.
Rahvastiku ümberpööramine
Rahvastiku inversiooni saavutamine:Lasertegevuse võti on populatsiooni inversiooni saavutamine võimenduskeskkonnas. See tähendab, et ergastatud olekus on rohkem ioone kui põhiolekus.
Stimuleeritud emissioon:Kui populatsiooni inversioon on saavutatud, võib ergastatud ja põhioleku vahelisele energiaerinevusele vastava footoni sisseviimine stimuleerida ergastatud ioone naasma põhiolekusse, kiirgades protsessi käigus footoni.
Optiline resonaator
Peeglid: võimendusmeedium asetatakse optilisse resonaatorisse, mille moodustavad tavaliselt kaks peeglit kandja mõlemas otsas.
Tagasiside ja võimendus: üks peeglitest peegeldab hästi ja teine on osaliselt peegeldav. Footonid põrkavad nende peeglite vahel edasi-tagasi, stimuleerides rohkem emissioone ja võimendades valgust.
Laseri emissioon
Koherentne valgus: kiirgavad footonid on koherentsed, mis tähendab, et nad on faasis ja neil on sama lainepikkus.
Väljund: osaliselt peegeldav peegel laseb osa sellest valgusest läbi, moodustades laserkiire, mis väljub DPSS-laserist.
Pumpamise geomeetria: küljelt või otsast pumpamine
| Pumpamise meetod | Kirjeldus | Rakendused | Eelised | Väljakutsed |
|---|---|---|---|---|
| Külgmine pumpamine | Pumba valgus sisestatakse laserkandjaga risti | Varras- või kiudlaserid | Pumba valguse ühtlane jaotus, sobib suure võimsusega rakendustele | Ebaühtlane võimenduse jaotus, madalam kiire kvaliteet |
| Pumpamise lõpp | Pumba valgus, mis on suunatud laserkiirega samale teljele | Tahkislaserid nagu Nd:YAG | Ühtlane võimenduse jaotus, kõrgem kiire kvaliteet | Kompleksne joondamine, vähemtõhus soojuse hajumine suure võimsusega laserites |
Nõuded tõhusale pumbavalgustusele
| Nõue | Tähtsus | Mõju/tasakaal | Lisamärkused |
|---|---|---|---|
| Spektri sobivus | Lainepikkus peab vastama laserkandja neeldumisspektrile | Tagab tõhusa neeldumise ja tõhusa populatsiooni inversiooni | - |
| Intensiivsus | Peab olema soovitud ergastustaseme jaoks piisavalt kõrge | Liiga kõrge intensiivsus võib põhjustada termilisi kahjustusi; liiga madal ei saavuta populatsiooni inversiooni | - |
| Tala kvaliteet | Eriti kriitiline lõpppumbaga laserite puhul | Tagab tõhusa sidumise ja aitab kaasa kiiratava laserkiire kvaliteedile | Kaugkiire kvaliteet on pumba valguse ja laserrežiimi helitugevuse täpse kattumise jaoks ülioluline |
| Polarisatsioon | Nõutav anisotroopsete omadustega kandja jaoks | Parandab neeldumistõhusust ja võib mõjutada kiiratava laservalguse polarisatsiooni | Vajalik võib olla spetsiifiline polarisatsiooni olek |
| Intensiivsus Müra | Madal müratase on ülioluline | Pumba valguse intensiivsuse kõikumine võib mõjutada laserväljundi kvaliteeti ja stabiilsust | Tähtis rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt stabiilsust ja täpsust |
Postitusaeg: Detsember-01-2023