Tellige meie sotsiaalmeedia kiire postituse saamiseks
Oma olemuselt on laserpumpamine meediumi pingestamise protsess, et saavutada olek, kus see saab laservalgust eraldada. Tavaliselt tehakse seda valguse või elektrivoolu süstimisel söötmesse, põnevalt selle aatomeid ja põhjustades sidusa valguse emissiooni. See alusprotsess on pärast 20. sajandi keskel esimeste laserite tulekut märkimisväärselt arenenud.
Kuigi laservõrrandite järgi modelleeritakse sageli laserpumpamine, on põhimõtteliselt kvantmehaaniline protsess. See hõlmab footonite ja võimenduse söötme aatomi või molekulaarstruktuuri vahelist keerukat koostoimet. Täpsemad mudelid käsitlevad nähtusi nagu rabi võnkumised, mis pakuvad nendest interaktsioonidest nüansseeritumat.
Laseri pumpamine on protsess, kus energiat, tavaliselt valguse või elektrivoolu kujul, tarnitakse laseri võimenduskeskkonnas, et tõsta aatomeid või molekule kõrgematesse energiaseisunditesse. See energiaülekanne on ülioluline elanikkonna inversiooni saavutamiseks - seisund, kus rohkem osakesi erutub kui madalamas energiaseisundis, võimaldades söötmel valgust stimuleeritud emissiooni abil võimendada. Protsess hõlmab keerulisi kvantkoopiaid, mida sageli modelleeritakse kiirusevõrrandite või täpsemate kvantmehaaniliste raamistike kaudu. Võtmeaspektide hulka kuulub pumbaallika (nagu laserdioodid või tühjenduslambid), pumba geomeetria (külg- või otsapumpamine) ja pumba valguse karakteristikute (spekter, intensiivsus, tala kvaliteet, polarisatsioon) optimeerimine, mis vastab võimenduse keskkonna erinõuetele. Laserpumpamine on erinevate lasertüüpide, sealhulgas tahkis-, pooljuhtide ja gaasilaserite puhul oluline, ning see on hädavajalik laseri tõhusaks ja tulemuslikuks toimimiseks.
Optiliselt pumbatud laserite sordid
1. legeeritud isolaatoritega tahkes olekus laserid
· Ülevaade:Need laserid kasutavad elektriliselt isoleeriva peremeesöötme ja tuginevad laser-aktiivsete ioonide pingestamiseks optilisele pumpamisele. Levinud näide on neodüüm YAG -laserites.
·Värsked uuringud:A. Antipov jt uuring. Arutleb tahkis-IR-i laserina spinni vahetusoptilise pumpamiseks. See uurimistöö tõstab esile tahkis lasertehnoloogia edusammud, eriti infrapuna-lähispektris, mis on ülioluline selliste rakenduste jaoks nagu meditsiiniline pildistamine ja telekommunikatsioon.
Edasine lugemine:Tahkis-IR-laser spin-vahetusoptilise pumpamiseks
2. pooljuhtide laserid
·Üldine teave: tavaliselt elektriliselt pumbatud pooljuhid võivad optilisest pumpamisest kasu saada, eriti kõrge heledust vajavates rakendustes, näiteks vertikaalse välise õõnsuse pinna kiirgavad laserid (VecSels).
·Hiljutised arengud: U. Kelleri töö ultrafastide tahkis- ja pooljuhtide laserite optilise sagedusega kammide osas annab ülevaate dioodiga pumbatud tahkis- ja pooljuhtide laseritest stabiilsete sageduskommide genereerimisest. See edasiminek on oluline optilise sageduse metroloogia rakenduste jaoks.
Edasine lugemine:Optilised sageduskommid ultrafast-tahkis- ja pooljuhtide laseritest
3. gaas laserid
·Optiline pumpamine gaasilasserites: teatud tüüpi gaaslaserid, näiteks leelise aurulaserid, kasutavad optilist pumpamist. Neid lasereid kasutatakse sageli rakendustes, mis nõuavad sidusaid valgusallikaid konkreetsete omadustega.
Optilise pumpamise allikad
Tühjenduslambid: Levinud lambipumbaga laserites kasutatakse suure võimsuse ja laia spektri jaoks tühjenduslampe. Ya Mandryko jt. Töötas välja impulss-kaare tühjenemise genereerimise aktiivse söötme optilise pumpamise ksenoonlampe. See mudel aitab optimeerida impulsspumpamislampide jõudlust, mis on tõhusa lasertöö jaoks ülioluline.
Laserdioodid:Dioodiga pumbatud laserites kasutatud laserdioodid pakuvad eeliseid nagu kõrge efektiivsus, kompaktne suurus ja võimalust olla peeneks häälestatud.
Edasine lugemine:Mis on laserdiood?
Välklambid: Välklambid on intensiivsed, laia toimespektriga valgusallikad, mida tavaliselt kasutatakse tahkislaserite, näiteks rubiini või nd: YAG-laserite pumpamiseks. Need pakuvad kõrge intensiivsusega valguse lõhkumist, mis erutab laseri söötme.
Kaarelambid: Sarnaselt välklambidega, kuid mis on mõeldud pidevaks tööks, pakuvad kaarelambid ühtlast intensiivse valguse allikat. Neid kasutatakse rakendustes, kus on vaja pidevat laine (CW) lasertööd.
LED -id (kerged dioodid): Ehkki see pole nii tavaline kui laserdioodid, saab teatavates vähese energiatarbega rakendustes kasutada LED-e optiliseks pumpamiseks. Need on soodsad tänu oma pika eluea, madalate kulude ja kättesaadavuse tõttu erinevates lainepikkustes.
Päikesevalgus: Mõnes eksperimentaalses seadistuses on kontsentreeritud päikesevalgust kasutatud päikeseenergiaga laserite pumbaallikana. See meetod kasutab päikeseenergiat, muutes selle taastuvaks ja kulutõhusaks allikaks, ehkki kunstlike valgusallikatega võrreldes on see vähem kontrollitav ja vähem intensiivne.
Kiududega ühendatud laserdioodid: Need on laserdioodid, mis on ühendatud optiliste kiududega, mis annavad pumba valguse tõhusamalt laseri söötmele. See meetod on eriti kasulik kiu laserite ja olukordades, kus pumba valguse täpne kohaletoimetamine on ülioluline.
Muud laserid: Mõnikord kasutatakse ühte laserit teise pumpamiseks. Näiteks võib värvainelaseri pumpamiseks kasutada sagedusperelehe ND: YAG-laserit. Seda meetodit kasutatakse sageli siis, kui pumpamisprotsessi jaoks on vaja spetsiifilisi lainepikkusi, mida tavapäraste valgusallikate abil hõlpsalt ei saavutata.
Dioodiga pumbatud tahkislaser
Esialgne energiaallikas: Protsess algab dioodlaseriga, mis toimib pumba allikana. Dioodlaserid valitakse nende tõhususe, kompaktse suuruse ja võime valguse eraldamiseks konkreetsetel lainepikkustel.
Pump Light:Dioodlaser kiirgab valgust, mis imendub tahkis-võimenduskeskkonnas. Dioodilaseri lainepikkus on kohandatud nii, et see vastaks võimenduse söötme neeldumisomadustele.
TahkisVõimendusvahend
Materjal:DPSS-laserites olevad võimenduskeskkonnad on tavaliselt tahkismaterjal nagu ND: YAG (neodüüm-legeeritud yttrium alumiiniumist granaat), ND: Yvo4 (neodüüm-legeeritud yttrium ortovanadaat), või yb: yag (ytterbium-dokitud yttrium alumium Guret)).
Doping:Need materjalid on levinud haruldaste maakera ioonidega (nagu ND või YB), mis on aktiivsed laserioonid.
Energia imendumine ja ergastus:Kui dioodlaseri pumba tuli siseneb võimenduse söötmesse, neelavad haruldased maa ioonid selle energia ja erutavad kõrgemaid energiaseisundeid.
Rahvastiku inversioon
Rahvastiku inversiooni saavutamine:Lasertegevuse võti on rahvastiku inversiooni saavutamine võimenduskeskkonnas. See tähendab, et rohkem ioone on erutatud olekus kui maapealses olekus.
Stimuleeritud emissioon:Kui elanikkonna inversioon on saavutatud, võib ergastatud ja maapealsete olekute energiavahele vastava footoni sissetoomine stimuleerida ergastatud ioone, et naasta maapinnale, kiirgates protsessis footonit.
Optiline resonaator
Peeglid: võimendusööde asetatakse optilise resonaatori sisse, mis on tavaliselt moodustatud kahe peegli abil söötme mõlemas otsas.
Tagasiside ja võimendus: üks peeglitest on väga peegeldav ja teine osaliselt peegeldav. Footonid põrkavad nende peeglite vahel edasi -tagasi, stimuleerides rohkem heitkoguseid ja võimendades valgust.
Laserhemissioon
Sidunev valgus: kiirgavad footonid on sidusad, mis tähendab, et need on faasis ja neil on sama lainepikkus.
Väljund: osaliselt peegeldav peegel võimaldab osa sellest valgust läbi saada, moodustades DPSS -laserist väljuva laserkiire.
Geomeetria pumpamine: külg vs otsapumpamine
| Pumpamismeetod | Kirjeldus | Rakendused | Eelised | Väljakutsed |
|---|---|---|---|---|
| Külgpumpamine | Pumbavalgus, mis on toodud laserkeskkonnaga risti | Varda- või kiu laserid | Pumba valguse ühtlane jaotus, mis sobib suure võimsusega rakenduste jaoks | Ebaühtlane võimenduse jaotus, madalam tala kvaliteet |
| Otsapumpamine | Pumbavalgus, mis on suunatud piki sama telge nagu laserkiire | Tahke oleku laserid nagu ND: YAG | Ühtne võimenduse jaotus, kõrgem tala kvaliteet | Keeruline joondamine, vähem efektiivne kuumuse hajumine suure võimsusega laserites |
Nõuded tõhusale pumba valgusele
| Nõue | Tähtsus | Mõju/saldo | Lisamärkused |
|---|---|---|---|
| Spektri sobivus | Lainepikkus peab vastama laserkeskkonna neeldumisspektrile | Tagab tõhusa imendumise ja tõhusa rahvastiku inversiooni | - |
| Intensiivsus | Peab olema soovitud ergastustaseme jaoks piisavalt kõrge | Liiga kõrge intensiivsus võib põhjustada termilisi kahjustusi; Liiga madal ei saavuta rahvastiku inversiooni | - |
| Tala kvaliteet | Eriti kriitiline lõpp-pumbatud laserite puhul | Tagab tõhusa sidumise ja aitab kaasa laserkiire kvaliteedile | Kõrge tala kvaliteet on pumba valguse ja laserrežiimi mahu täpse kattumise jaoks ülioluline |
| Polarisatsioon | Vajalik anisotroopsete omadustega meediumite jaoks | Suurendab imendumise efektiivsust ja võib mõjutada eralduvat laservalgust polarisatsiooni | Võib olla vajalik konkreetne polarisatsiooni olek |
| Intensiivsusmüra | Madal müratase on ülioluline | Pumba valguse intensiivsuse kõikumised võivad mõjutada laseri väljundi kvaliteeti ja stabiilsust | Oluline rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt stabiilsust ja täpsust |
Postiaeg: detsember 01-2023