Subskrybuj nasze media społecznościowe w celu uzyskania szybkiego postu
W swojej istocie pompowanie laserowe jest procesem energetyzowania medium w celu osiągnięcia stanu, w którym może emitować światło laserowe. Zazwyczaj odbywa się to poprzez wstrzyknięcie światła lub prądu elektrycznego do medium, ekscytując jego atomy i prowadząc do emisji spójnego światła. Ten fundamentalny proces ewoluował znacznie od nadejścia pierwszych laserów w połowie XX wieku.
Choć często modelowane przez równania prędkości, pompowanie laserowe jest zasadniczo kwantowym procesem mechanicznym. Obejmuje skomplikowane interakcje między fotonami a strukturą atomową lub molekularną pożywki wzmocnienia. Zaawansowane modele rozważają zjawiska takie jak oscylacje Rabi, które zapewniają bardziej dopracowane zrozumienie tych interakcji.
Pompowanie laserowe jest procesem, w którym energia, zwykle w postaci światła lub prądu elektrycznego, jest dostarczana do pożywki wzmocnienia lasera w celu podniesienia jego atomów lub cząsteczek do stanów wyższej energii. Ten transfer energii ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia inwersji populacji, stanu, w którym więcej cząstek jest wzbudzonych niż w niższym stanie energii, umożliwiając medium wzmacnianie światła poprzez stymulowaną emisję. Proces ten obejmuje skomplikowane interakcje kwantowe, często modelowane za pomocą równań szybkości lub bardziej zaawansowanych ram mechanicznych kwantowych. Kluczowe aspekty obejmują wybór źródła pompy (takich jak diody laserowe lub lampy rozładowcze), geometrię pompy (pompowanie boczne lub końcowe) oraz optymalizację charakterystyki światła pompy (widmo, intensywność, jakość wiązki, polaryzacja) w celu spełnienia określonych wymagań podłoża wzmocnienia. Pompowanie laserowe jest fundamentalne w różnych typach laserowych, w tym w laserach półprzewodnikowych, półprzewodnikowych i gazowych, i jest niezbędne do wydajnego i skutecznego działania lasera.
Odmiany optycznie pompowanych laserów
1. Lasery w stanie stałym z domieszkowanym izolatorami
· Przegląd:Lasery te wykorzystują elektrycznie izolacyjne medium gospodarza i opierają się na pompowaniu optycznym w celu zasilania jonów laserowych. Wspólnym przykładem jest neodym w laserach YAG.
·Ostatnie badania:Badanie A. Antipov i in. Omawia solidny laser bliskiego IR do pompowania optycznego spinowego. Badanie to podkreśla postęp w technologii laserowej w stanie stałym, szczególnie w spektrum bliskiej podczerwieni, co jest kluczowe dla zastosowań takich jak obrazowanie medyczne i telekomunikacja.
Dalsze czytanie:Laser w stanie stałym w pobliżu IR do pompowania optycznego spinowego
2. Lasery półprzewodników
·Informacje ogólne: Zwykle napompowane elektrycznie lasery półprzewodników mogą również korzystać z pompowania optycznego, szczególnie w zastosowaniach wymagających wysokiej jasności, takich jak pionowe zewnętrzne lasery emitujące powierzchnię wnęki (VECSELE).
·Ostatnie zmiany: Prace U. Kellera nad Combs częstotliwości optycznej z ultraszybkiego stanu stałego i półprzewodników zapewniają wgląd w wytwarzanie stabilnych Combs z laserów stałego i półprzewodnikowego. Postęp ten jest znaczący dla zastosowań w metrologii częstotliwości optycznej.
Dalsze czytanie:Częsty częstotliwości optycznych z ultraszybki lasery stałego i półprzewodników
3. Lasery gazowe
·Pompowanie optyczne w laserach gazowych: niektóre rodzaje laserów gazowych, takie jak lasery pary alkaliczne, wykorzystują pompowanie optyczne. Lasery te są często używane w aplikacjach wymagających spójnych źródeł światła o określonych właściwościach.
Źródła pompowania optycznego
Lampy wyładowcze: Wspólne w laserach pompowanych lampą lampy wyładowcze są używane do ich wysokiej mocy i szerokiego spektrum. Ya Mandryko i in. opracował model mocy wytwarzania wyładowania łuku impulsowego w aktywnych środkowych pompujących lampionach ksenonowych laserów w stanie stałym. Ten model pomaga zoptymalizować wydajność lamp pompujących impuls, kluczowe dla wydajnej pracy laserowej.
Diody laserowe:Diody laserowe stosowane w laserowych diodach oferują zalety, takie jak wysoka wydajność, kompaktowy rozmiar i możliwość doskonałego dostrojenia.
Dalsze czytanie:Co to jest dioda laserowa?
Lampy flash: Lampy flash są intensywne, szeroko spektrumowe źródła światła, które są powszechnie używane do pompowania laserów w stanie stałym, takich jak lasery rubinowe lub nd: yag. Zapewniają one rozrywkę światła o wysokiej intensywności, która podnieca medium laserowe.
Lampy łukowe: Podobnie jak lampy flash, ale zaprojektowane do ciągłej pracy, lampy łukowe oferują stałe źródło intensywnego światła. Są one używane w zastosowaniach, w których wymagana jest działanie laserowe fali ciągłej (CW).
Diody LED (diody emitujące światło): Chociaż nie są tak powszechne jak diody laserowe, diody LED mogą być używane do pompowania optycznego w niektórych zastosowaniach o niskiej mocy. Są korzystne ze względu na ich długą żywotność, niski koszt i dostępność w różnych długościach fali.
Światło słoneczne: W niektórych instalacjach eksperymentalnych skoncentrowane światło słoneczne zostało wykorzystane jako źródło pompy laserów pompowanych słonecznie. Ta metoda wykorzystuje energię słoneczną, co czyni ją odnawialnym i opłacalnym źródłem, choć jest mniej kontrolowana i mniej intensywna w porównaniu z sztucznymi źródłami światła.
Diody laserowe sprzężone z włókna: Są to diody laserowe połączone z włóknami optycznymi, które wydajniej dostarczają światło pompy do medium laserowego. Ta metoda jest szczególnie przydatna w laserach światłowodowych i w sytuacjach, w których precyzyjne dostarczanie światła pompy jest kluczowe.
Inne lasery: Czasami jeden laser służy do pompowania innego. Na przykład do pompowania lasera barwnika można użyć lasera ND: YAG. Ta metoda jest często stosowana, gdy wymagane są określone długości fal dla procesu pompowania, który nie jest łatwo osiągany za pomocą konwencjonalnych źródeł światła.
Laser stałego pompowany diodą
Początkowe źródło energii: Proces rozpoczyna się od lasera diodowego, który służy jako źródło pompy. Lasery diodowe są wybierane ze względu na ich wydajność, kompaktowy rozmiar i zdolność do emitowania światła przy określonych długościach fali.
Pompowanie światła:Laser diodowy emituje światło pochłaniane przez podłoże wzmocnienia w stanie stałym. Długość fali lasera diodowego jest dostosowana do charakterystyki absorpcji podłoża wzmocnienia.
Stał stałZyskaj medium
Tworzywo:Pożywkę wzmocnienia w laserach DPSS jest zwykle materiałem w stanie stałym, takim jak ND: YAG (granat glinu glinu ytrutowego YTtrium), ND: YVO4 (granat ytrutowo-domowy).
Doping:Materiały te są domieszkowane jonami rzadki (takie jak ND lub YB), które są aktywnymi jonami laserowymi.
Absorpcja i wzbudzenie energii:Gdy światło pompy z lasera diodowego wchodzi do pożywki wzmocnienia, jony rzadkie wchłaniają tę energię i ekscytują się w stanach wyższych energii.
Inwersja populacji
Osiągnięcie inwersji populacji:Kluczem do działania laserowego jest osiągnięcie inwersji populacji w medium wzmocnienia. Oznacza to, że więcej jonów jest w stanie wzbudzonym niż w stanie podstawowym.
Stymulowana emisja:Po osiągnięciu inwersji populacji wprowadzenie fotonu odpowiadające różnicy energii między stanami wzbudzonymi i gruntowymi może stymulować wzbudzone jony do powrotu do stanu podstawowego, emitując foton.
Rezonator optyczny
Lustra: Środek wzmocnienia jest umieszczany wewnątrz rezonatora optycznego, zwykle tworzonego przez dwa lustra na każdym końcu medium.
Informacje zwrotne i wzmocnienie: jedno z luster jest bardzo odblaskowe, a drugi jest częściowo odblaskowy. Fotony odbijają się między tymi lustrami, stymulując więcej emisji i wzmacniając światło.
Emisja laserowa
Spójne światło: emitowane fotony są spójne, co oznacza, że są w fazie i mają taką samą długość fali.
Wyjście: Częściowo odblaskowe lustro pozwala przejść część tego światła, tworząc wiązkę laserową, która opuszcza laser DPSS.
Geometrie pompowania: pompowanie boczne vs.
| Metoda pompowania | Opis | Zastosowania | Zalety | Wyzwania |
|---|---|---|---|---|
| Pompowanie boczne | Światło pompy wprowadzone prostopadle do ośrodka laserowego | Lasery pręta lub światłowodowe | Jednolity rozkład światła pompy, odpowiedni do zastosowań o dużej mocy | Nierównomierne rozkład wzmocnienia, jakość wiązki niższej |
| Końcowe pompowanie | Światło pompy skierowane wzdłuż tej samej osi, co wiązka laserowa | Lasery w stanie stałym, takie jak ND: YAG | Jednolity rozkład wzmocnienia, wyższa jakość wiązki | Złożone wyrównanie, mniej wydajne rozpraszanie ciepła w laserach o dużej mocy |
Wymagania dotyczące skutecznego światła pompy
| Wymóg | Znaczenie | Wpływ/równowaga | Dodatkowe notatki |
|---|---|---|---|
| Przydatność spektrum | Długość fali musi pasować do widma absorpcji pożywki laserowej | Zapewnia efektywne wchłanianie i efektywną inwersję populacji | - |
| Intensywność | Musi być wystarczająco wysoki, aby uzyskać pożądany poziom wzbudzenia | Zbyt wysokie intensywności mogą powodować uszkodzenie termiczne; zbyt niska nie osiągnie inwersji populacji | - |
| Jakość wiązki | Szczególnie krytyczne w laserach pompowych | Zapewnia efektywne sprzężenie i przyczynia się do jakości emitowanej wiązki laserowej | Jakość wiązki drogowej ma kluczowe znaczenie dla precyzyjnego nakładania się światła pompy i objętości trybu laserowego |
| Polaryzacja | Wymagane do mediów z właściwościami anizotropowymi | Zwiększa wydajność absorpcji i może wpływać na emitowaną polaryzację światła laserowego | Konieczny może być konkretny stan polaryzacji |
| Hałas intensywności | Niski poziom hałasu są kluczowe | Fluktuacje intensywności światła pompy mogą wpływać na jakość i stabilność lasera | Ważne dla aplikacji wymagających wysokiej stabilności i precyzji |
Czas postu: grudzień 01-2023