Liitu meie sotsiaalmeediaga, et saada kiireid postitusi
Laserpumpamine on oma olemuselt protsess, mille käigus keskkonda energiaga varustatakse, et saavutada olek, kus see saab kiirata laservalgust. Tavaliselt tehakse seda valguse või elektrivoolu süstimise teel keskkonda, ergastades selle aatomeid ja viies koherentse valguse kiirgamiseni. See põhiprotsess on pärast esimeste laserite tulekut 20. sajandi keskpaigas märkimisväärselt arenenud.
Kuigi laserpumpamist modelleeritakse sageli kiirusvõrrandite abil, on see põhimõtteliselt kvantmehaaniline protsess. See hõlmab keerukaid interaktsioone footonite ja võimenduskeskkonna aatomi- või molekulaarstruktuuri vahel. Täiustatud mudelid arvestavad selliste nähtustega nagu Rabi võnkumised, mis pakuvad nendest interaktsioonidest nüansirikkamat arusaama.
Laserpumpamine on protsess, mille käigus suunatakse laseri võimenduskeskkonda energiat, tavaliselt valguse või elektrivoolu kujul, et tõsta selle aatomid või molekulid kõrgema energiaga olekutesse. See energiaülekanne on ülioluline populatsiooni inversiooni saavutamiseks – olekuks, kus ergastub rohkem osakesi kui madalama energiaga olekus, võimaldades keskkonnal valgust stimuleeritud emissiooni kaudu võimendada. Protsess hõlmab keerulisi kvantinteraktsioone, mida sageli modelleeritakse kiirusvõrrandite või keerukamate kvantmehaaniliste raamistike abil. Peamised aspektid hõlmavad pumba allika valikut (näiteks laserdioodid või gaaslahenduslambid), pumba geomeetriat (külg- või otsapumpamine) ja pumba valguse omaduste (spekter, intensiivsus, kiire kvaliteet, polarisatsioon) optimeerimist, et see vastaks võimenduskeskkonna konkreetsetele nõuetele. Laserpumpamine on erinevat tüüpi laserite, sealhulgas tahkis-, pooljuht- ja gaaslaserite puhul oluline ning on laseri tõhusa ja efektiivse töö jaoks hädavajalik.
Optiliselt pumbatavate laserite sordid
1. Legeeritud isolaatoritega tahkislaserid
· Ülevaade:Need laserid kasutavad elektriliselt isoleerivat keskkonda ja toetuvad laseraktiivsete ioonide energia andmiseks optilisele pumpamisele. Levinud näide on neodüüm YAG-laserites.
·Hiljutised uuringud:A. Antipovi jt uuringus käsitletakse spinnvahetusega optilise pumpamise jaoks mõeldud tahkis-lähiinfrapunalaserit. See uuring toob esile tahkislaserite tehnoloogia edusamme, eriti lähiinfrapunaspektris, mis on ülioluline selliste rakenduste jaoks nagu meditsiiniline pildistamine ja telekommunikatsioon.
Lisalugemist:Tahkis-lähi-infrapunalaser spinnvahetusega optiliseks pumpamiseks
2. Pooljuhtlaserid
·Üldine teave: Tavaliselt elektriliselt pumbatavad pooljuhtlaserid saavad kasu ka optilisest pumpamisest, eriti rakendustes, mis nõuavad suurt heledust, näiteks vertikaalsed välisõõnsusega pinnakiirgusega laserid (VECSEL).
·Hiljutised arengud: U. Kelleri töö ülikiirete tahkis- ja pooljuhtlaserite optiliste sageduskammide alal annab ülevaate stabiilsete sageduskammide genereerimisest dioodpumbaga tahkis- ja pooljuhtlaserite abil. See edasiminek on oluline optilise sagedusmetroloogia rakenduste jaoks.
Lisalugemist:Ülikiirete tahkis- ja pooljuhtlaserite optilised sageduskammid
3. Gaaslaserid
·Optiline pumpamine gaaslaserites: Teatud tüüpi gaaslaserid, näiteks leelismetalli aurulaserid, kasutavad optilist pumpamist. Neid lasereid kasutatakse sageli rakendustes, mis vajavad spetsiifiliste omadustega koherentseid valgusallikaid.
Optilise pumpamise allikad
LahenduslambidLambiga pumbatavates laserites levinud gaaslahenduslampe kasutatakse nende suure võimsuse ja laia spektri tõttu. YA Mandryko jt. töötasid välja impulsskaare tühjenemise võimsusmudeli tahkislaserite aktiivmeediaga optiliselt pumpavate ksenoonlampide jaoks. See mudel aitab optimeerida impulsspumplampide jõudlust, mis on laserite tõhusa töö jaoks ülioluline.
Laserdioodid:Dioodpumbaga laserites kasutatavatel laserdioodidel on eelised nagu kõrge efektiivsus, kompaktne suurus ja peenhäälestamise võimalus.
Lisalugemist:Mis on laserdiood?
VälklambidVälklambid on intensiivsed laia spektriga valgusallikad, mida tavaliselt kasutatakse tahkislaserite, näiteks rubiin- või Nd:YAG-laserite, pumpamiseks. Need annavad suure intensiivsusega valguspurse, mis ergastab laserkeskkonda.
KaarlambidKaarlambid on sarnased välklampidega, kuid mõeldud pidevaks tööks. Need pakuvad stabiilset intensiivset valgusallikat. Neid kasutatakse rakendustes, kus on vaja pidevlaine (CW) laserit.
LED-id (valgusdioodid)Kuigi LED-id pole nii levinud kui laserdioodid, saab neid kasutada optiliseks pumpamiseks teatud väikese energiatarbega rakendustes. Nende eeliseks on pikk eluiga, madal hind ja saadavus erinevatel lainepikkustel.
PäikesevalgusMõnedes eksperimentaalsetes seadistustes on kontsentreeritud päikesevalgust kasutatud päikeseenergial töötavate laserite pumbaallikana. See meetod rakendab päikeseenergiat, muutes selle taastuvaks ja kulutõhusaks allikaks, kuigi see on kunstlike valgusallikatega võrreldes vähem kontrollitav ja vähem intensiivne.
Kiudühendusega laserdioodidNeed on laserdioodid, mis on ühendatud optiliste kiududega ja mis edastavad pumbavalgust laserkeskkonda tõhusamalt. See meetod on eriti kasulik kiudlaserites ja olukordades, kus pumbavalguse täpne edastamine on ülioluline.
Muud laseridMõnikord kasutatakse ühte laserit teise pumpamiseks. Näiteks võib kahekordse sagedusega Nd:YAG-laserit kasutada värvilaseri pumpamiseks. Seda meetodit kasutatakse sageli siis, kui pumpamisprotsessi jaoks on vaja spetsiifilisi lainepikkusi, mida tavapäraste valgusallikatega pole lihtne saavutada.
Dioodpumbaga tahkislaser
Esialgne energiaallikasProtsess algab dioodlaseriga, mis toimib pumba allikana. Dioodlaserid valitakse nende efektiivsuse, kompaktse suuruse ja võime tõttu kiirata valgust kindlatel lainepikkustel.
Pumba tuli:Dioodlaser kiirgab valgust, mis neeldub tahkisvõimenduskeskkonnas. Dioodlaseri lainepikkus on kohandatud vastavalt võimenduskeskkonna neeldumisomadustele.
Tahkis-Keskmise võimendusega
Materjal:DPSS-laserite võimenduskeskkond on tavaliselt tahkismaterjal, näiteks Nd:YAG (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat), Nd:YVO4 (neodüümiga legeeritud ütriumortovanadaat) või Yb:YAG (ütterbiumiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat).
Doping:Need materjalid on legeeritud haruldaste muldmetallide ioonidega (nagu Nd või Yb), mis on aktiivsed laserioonid.
Energia neeldumine ja ergastamine:Kui dioodlaseri pumbavalgus siseneb võimenduskeskkonda, neelavad haruldaste muldmetallide ioonid selle energia ja ergastuvavad kõrgema energiaga olekutesse.
Rahvastiku inversioon
Rahvastiku inversiooni saavutamine:Laseri toime võti seisneb populatsiooni inversiooni saavutamises võimenduskeskkonnas. See tähendab, et rohkem ioone on ergastatud olekus kui põhiolekus.
Stimuleeritud emissioon:Kui populatsiooni inversioon on saavutatud, võib ergastatud ja põhiseisundi energia erinevusele vastava footoni sissetoomine stimuleerida ergastatud ioone naasma põhiseisundisse, kiirates protsessi käigus footoni.
Optiline resonaator
Peeglid: Võimenduskeskkond asetatakse optilise resonaatori sisse, mis on tavaliselt moodustatud kahest peeglist keskkonna mõlemas otsas.
Tagasiside ja võimendus: Üks peeglitest peegeldab valgust tugevalt ja teine osaliselt. Footonid põrkavad peeglite vahel edasi-tagasi, stimuleerides rohkem kiirgust ja võimendades valgust.
Laserkiirgus
Koherentne valgus: Kiirgavad footonid on koherentsed, mis tähendab, et nad on faasis ja sama lainepikkusega.
Väljund: Osaliselt peegeldav peegel laseb osa sellest valgusest läbi, moodustades laserkiire, mis väljub DPSS-laserist.
Pumpamise geomeetria: külgmine vs. otspumpamine
Pumpamise meetod | Kirjeldus | Rakendused | Eelised | Väljakutsed |
---|---|---|---|---|
Külgpumpamine | Pumbavalgus suunatakse laserkeskkonnaga risti | Varda- või kiudlaserid | Pumbavalguse ühtlane jaotus, sobib suure võimsusega rakenduste jaoks | Ebaühtlane võimenduse jaotus, madalam kiire kvaliteet |
Lõpeta pumpamine | Pumba valgus on suunatud laserkiirega samale teljele | Tahkislaserid nagu Nd:YAG | Ühtlane võimenduse jaotus, kõrgem kiire kvaliteet | Kompleksne joondamine, vähem efektiivne soojuse hajumine suure võimsusega laserites |
Nõuded efektiivsele pumbavalgustusele
Nõue | Tähtsus | Mõju/tasakaal | Lisamärkused |
---|---|---|---|
Spektri sobivus | Lainepikkus peab vastama laserkeskkonna neeldumisspektrile | Tagab tõhusa neeldumise ja efektiivse populatsiooni inversiooni | - |
Intensiivsus | Peab olema soovitud erutustaseme saavutamiseks piisavalt kõrge | Liiga kõrge intensiivsus võib põhjustada termilist kahju; liiga madal intensiivsus ei saavuta populatsiooni inversiooni | - |
Kiire kvaliteet | Eriti kriitiline otsapumbaga laserites | Tagab tõhusa sidestuse ja aitab kaasa kiiratava laserkiire kvaliteedile | Kaugkiire kvaliteet on pumba valguse ja laserrežiimi helitugevuse täpse kattumise jaoks ülioluline |
Polarisatsioon | Nõutav anisotroopsete omadustega keskkondade jaoks | Suurendab neeldumise efektiivsust ja võib mõjutada laserkiire polarisatsiooni | Vajalikuks võib osutuda spetsiifiline polarisatsiooniseisund |
Intensiivsuse müra | Madal müratase on ülioluline | Pumba valgustugevuse kõikumised võivad mõjutada laserkiire väljundkvaliteeti ja stabiilsust | Oluline rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt stabiilsust ja täpsust |
Postituse aeg: 01. dets. 2023