Претплатите се на наше друштвене мреже за брзе објаве
По својој суштини, ласерско пумпање је процес енергизирања медија да би се постигло стање у којем може емитовати ласерску светлост. Ово се обично ради убризгавањем светлости или електричне струје у медијум, побуђујући његове атоме и доводећи до емисије кохерентне светлости. Овај темељни процес је значајно еволуирао од појаве првих ласера средином 20. века.
Иако се често моделује једначинама брзине, ласерско пумпање је у основи квантно механички процес. Укључује сложене интеракције између фотона и атомске или молекуларне структуре медијума за појачавање. Напредни модели разматрају феномене као што су Рабијеве осцилације, које пружају нијансираније разумевање ових интеракција.
Ласерско пумпање је процес у коме се енергија, обично у облику светлости или електричне струје, доводи у медијум за појачавање ласера да би се његови атоми или молекули подигли до виших енергетских стања. Овај пренос енергије је кључан за постизање инверзије популације, стања у коме је више честица побуђено него у стању ниже енергије, омогућавајући медијуму да појача светлост путем стимулисане емисије. Процес укључује сложене квантне интеракције, често моделоване кроз једначине брзине или напредније квантномеханичке оквире. Кључни аспекти укључују избор извора пумпе (као што су ласерске диоде или лампе за пражњење), геометрију пумпе (бочно или крајње пумпање) и оптимизацију светлосних карактеристика пумпе (спектар, интензитет, квалитет снопа, поларизација) како би одговарали специфичним захтевима добити средњи. Ласерско пумпање је фундаментално за различите типове ласера, укључујући полупроводничке и гасне ласере, и неопходно је за ефикасан и ефикасан рад ласера.
Врсте ласера са оптичком пумпом
1. Солид-стате ласери са допираним изолаторима
· Преглед:Ови ласери користе електрични изолациони медијум домаћина и ослањају се на оптичко пумпање да би активирали ласерски активне јоне. Чест пример је неодимијум у ИАГ ласерима.
·Недавна истраживања:Студија А. Антипова и др. расправља о чврстом ласеру близу ИР за оптичко пумпање са спинском разменом. Ово истраживање наглашава напредак у технологији чврстог ласера, посебно у блиском инфрацрвеном спектру, што је кључно за апликације као што су медицинско снимање и телекомуникације.
Даље читање:Солид-Стате Неар-ИР Ласер за оптичко пумпање са ротацијом
2. Полупроводнички ласери
·Опште информације: Полупроводнички ласери са обично електричном пумпом такође могу имати користи од оптичког пумпања, посебно у апликацијама које захтевају високу осветљеност, као што су ласери који емитују површину са вертикалном спољашњом шупљином (ВЕЦСЕЛ).
·Најновија дешавања: Рад У. Келера на оптичким фреквенцијским чешљевима од ултрабрзих полупроводничких и полупроводничких ласера пружа увид у генерисање стабилних фреквенцијских гребена из полупроводничких и полупроводничких ласера са диодном пумпом. Овај напредак је значајан за апликације у метрологији оптичких фреквенција.
Даље читање:Оптички фреквентни чешљеви од ултрабрзих полупроводничких и полупроводничких ласера
3. Гасни ласери
·Оптичко пумпање у гасним ласерима: Одређени типови гасних ласера, попут ласера са алкалном паром, користе оптичко пумпање. Ови ласери се често користе у апликацијама које захтевају кохерентне изворе светлости са специфичним својствима.
Извори за оптичко пумпање
Дисцхарге Лампс: Уобичајено у ласерима са пумпом од лампе, лампе са пражњењем се користе због њихове велике снаге и широког спектра. ИА Мандрико и др. развио модел снаге генерисања импулсног лучног пражњења у активним медијима оптичким пумпањем ксенонских лампи чврстог ласера. Овај модел помаже у оптимизацији перформанси лампи за импулсно пумпање, што је кључно за ефикасан рад ласера.
Ласерске диоде:Коришћене у ласерима са диодном пумпом, ласерске диоде нуде предности као што су висока ефикасност, компактна величина и могућност финог подешавања.
Даље читање:шта је ласерска диода?
Фласх Лампс: Фласх лампе су интензивни извори светлости широког спектра који се обично користе за пумпање ласера у чврстом стању, као што су рубин или Нд:ИАГ ласери. Они пружају рафал светлости високог интензитета који узбуђује ласерски медијум.
Арц Лампс: Слично блицама, али дизајниране за континуирани рад, лучне лампе нуде сталан извор интензивног светла. Користе се у апликацијама где је потребан рад ласера са континуираним таласом (ЦВ).
ЛЕД диоде (диоде које емитују светлост): Иако нису тако уобичајене као ласерске диоде, ЛЕД диоде се могу користити за оптичко пумпање у одређеним апликацијама мале снаге. Предности су због дугог века трајања, ниске цене и доступности на различитим таласним дужинама.
Сунчева светлост: У неким експерименталним поставкама, концентрисана сунчева светлост је коришћена као извор пумпе за ласере са соларном пумпом. Овај метод користи соларну енергију, што га чини обновљивим и исплативим извором, иако је мање контролисан и мање интензиван у поређењу са вештачким изворима светлости.
Ласерске диоде са спрегнутим влакнима: Ово су ласерске диоде спојене на оптичка влакна, која ефикасније испоручују светлост пумпе у медијум ласера. Ова метода је посебно корисна у ласерима са влакнима иу ситуацијама када је прецизна испорука светлости пумпе кључна.
Други ласери: Понекад се један ласер користи за пумпање другог. На пример, Нд:ИАГ ласер са удвострученом фреквенцијом може се користити за пумпање ласера за бојење. Овај метод се често користи када су потребне специфичне таласне дужине за процес пумпања што није лако постићи са конвенционалним изворима светлости.
Чврсти ласер са диодном пумпом
Почетни извор енергије: Процес почиње са диодним ласером, који служи као извор пумпе. Диодни ласери су изабрани због њихове ефикасности, компактне величине и способности да емитују светлост на одређеним таласним дужинама.
Светло пумпе:Диодни ласер емитује светлост коју апсорбује чврсти медиј. Таласна дужина диодног ласера је прилагођена да одговара карактеристикама апсорпције медијума за појачавање.
Солид-СтатеСредњи добитак
Материјал:Медијум за појачање у ДПСС ласерима је типично материјал у чврстом стању као што је Нд:ИАГ (итријум-алуминијум-гранат допиран неодимијумом), Нд:ИВО4 (итријум-ортованадат-допиран неодимијумом) или Иб:ИАГ (итријум-алуминијум-гранат допиран итербијумом).
допинг:Ови материјали су допирани јонима ретких земаља (попут Нд или Иб), који су активни ласерски јони.
Апсорпција енергије и побуда:Када светлост пумпе из диодног ласера уђе у медијум појачања, јони ретке земље апсорбују ову енергију и побуђују се до виших енергетских стања.
Популациона инверзија
Постизање инверзије становништва:Кључ ласерске акције је постизање инверзије популације у медијуму појачања. То значи да је више јона у побуђеном стању него у основном стању.
Стимулисана емисија:Када се постигне инверзија популације, увођење фотона који одговара енергетској разлици између побуђеног и основног стања може стимулисати побуђене јоне да се врате у основно стање, емитујући фотон у процесу.
Оптицал Ресонатор
Огледала: Медијум за појачање је смештен унутар оптичког резонатора, обично формираног од два огледала на сваком крају медија.
Повратна информација и појачање: Једно од огледала има високу рефлексију, а друго делимично рефлектује. Фотони се одбијају напред-назад између ових огледала, стимулишући више емисије и појачавајући светлост.
Ласер Емиссион
Кохерентна светлост: Фотони који се емитују су кохерентни, што значи да су у фази и имају исту таласну дужину.
Излаз: Делимично рефлектујуће огледало дозвољава да део ове светлости прође, формирајући ласерски зрак који излази из ДПСС ласера.
Геометрије пумпања: бочно и крајње пумпање
| Пумпинг Метход | Опис | Апликације | Предности | Изазови |
|---|---|---|---|---|
| Бочно пумпање | Светлост пумпе уведена окомито на ласерски медијум | Штапни или фибер ласери | Равномерна дистрибуција светлости пумпе, погодна за апликације велике снаге | Неуједначена расподела појачања, нижи квалитет зрака |
| Крај пумпања | Пумпа светлост усмерена дуж исте осе као и ласерски зрак | Ласери у чврстом стању као што је Нд:ИАГ | Уједначена дистрибуција појачања, већи квалитет зрака | Комплексно поравнање, мање ефикасно одвођење топлоте у ласерима велике снаге |
Захтеви за ефикасно светло пумпе
| Рекуиремент | Важност | Утицај/равнотежа | Додатне напомене |
|---|---|---|---|
| Спецтрум Суитабилити | Таласна дужина мора да одговара спектру апсорпције ласерског медијума | Осигурава ефикасну апсорпцију и ефективну инверзију популације | - |
| Интензитет | Мора бити довољно висок за жељени ниво узбуђења | Превелики интензитети могу изазвати термичко оштећење; прениска неће постићи инверзију становништва | - |
| Беам Куалити | Посебно критично код ласера са крајњом пумпом | Обезбеђује ефикасно спајање и доприноси квалитету емитованог ласерског зрака | Висок квалитет снопа је кључан за прецизно преклапање светлости пумпе и запремине ласерског режима |
| Поларизација | Потребно за медије са анизотропним својствима | Повећава ефикасност апсорпције и може утицати на поларизацију емитоване ласерске светлости | Специфично стање поларизације може бити неопходно |
| Интензитет буке | Низак ниво буке је од кључног значаја | Флуктуације у интензитету светлости пумпе могу утицати на квалитет и стабилност ласерског излаза | Важно за апликације које захтевају високу стабилност и прецизност |
Време поста: 01.12.2023