Pretplatite se na naše društvene mreže za brzu objavu
U svojoj suštini, lasersko pumpanje je proces energiziranja medija kako bi se postiglo stanje u kojem može emitovati lasersko svjetlo. To se obično radi ubrizgavanjem svjetlosti ili električne struje u medij, pobuđujući njegove atome i dovodeći do emisije koherentne svjetlosti. Ovaj temeljni proces značajno je evoluirao od pojave prvih lasera sredinom 20. stoljeća.
Iako se često modelira jednadžbama brzine, lasersko pumpanje je u osnovi kvantno mehanički proces. Uključuje složene interakcije između fotona i atomske ili molekularne strukture medija za pojačavanje. Napredni modeli razmatraju fenomene kao što su Rabijeve oscilacije, koje pružaju nijansiranije razumijevanje ovih interakcija.
Lasersko pumpanje je proces u kojem se energija, obično u obliku svjetlosti ili električne struje, dovodi u medij za pojačanje lasera kako bi se njegovi atomi ili molekuli podigli u viša energetska stanja. Ovaj prijenos energije je ključan za postizanje inverzije populacije, stanja u kojem je više čestica pobuđeno nego u stanju niže energije, omogućavajući mediju da pojača svjetlost putem stimulirane emisije. Proces uključuje zamršene kvantne interakcije, često modelirane kroz jednačine brzine ili naprednije kvantnomehaničke okvire. Ključni aspekti uključuju izbor izvora pumpe (kao što su laserske diode ili lampe za pražnjenje), geometriju pumpe (bočno ili krajnje pumpanje) i optimizaciju svjetlosnih karakteristika pumpe (spektar, intenzitet, kvalitet zraka, polarizacija) kako bi odgovarale specifičnim zahtjevima dobitak srednje. Lasersko pumpanje je fundamentalno za različite tipove lasera, uključujući poluprovodničke i gasne lasere, i neophodno je za efikasan i efikasan rad lasera.
Vrste lasera sa optičkom pumpom
1. Solid-state laseri sa dopiranim izolatorima
· Pregled:Ovi laseri koriste električni izolacijski medij i oslanjaju se na optičko pumpanje za energiziranje laserski aktivnih jona. Čest primjer je neodimijum u YAG laserima.
·Nedavna istraživanja:Studija A. Antipova i sar. raspravlja o čvrstom laseru blizu IR za optičko pumpanje sa spinskom razmjenom. Ovo istraživanje naglašava napredak u tehnologiji čvrstog lasera, posebno u bliskom infracrvenom spektru, što je ključno za aplikacije kao što su medicinsko snimanje i telekomunikacije.
Dalje čitanje:Solid-State Near-IR Laser za optičko pumpanje sa rotacijom
2. Poluprovodnički laseri
·Opšte informacije: Poluprovodnički laseri sa obično električnom pumpom takođe mogu imati koristi od optičkog pumpanja, posebno u aplikacijama koje zahtevaju visoku osvetljenost, kao što su laseri koji emituju površinu sa vertikalnom eksternom šupljinom (VECSEL).
·Najnovija dešavanja: Rad U. Kellera na optičkim frekvencijskim češljevima iz ultrabrzih poluprovodničkih lasera i lasera pruža uvid u generiranje stabilnih frekvencijskih češlja iz poluprovodničkih i poluprovodničkih lasera sa diodnom pumpom. Ovaj napredak je značajan za primjenu u optičkoj mjeriteljskoj frekvenciji.
Dalje čitanje:Optički frekventni češljevi od ultrabrzih poluprovodničkih i poluprovodničkih lasera
3. Gasni laseri
·Optičko pumpanje u gasnim laserima: Određeni tipovi gasnih lasera, poput lasera sa alkalnom parom, koriste optičko pumpanje. Ovi laseri se često koriste u aplikacijama koje zahtijevaju koherentne izvore svjetlosti sa specifičnim svojstvima.
Izvori za optičko pumpanje
Lampe za pražnjenje: Uobičajeno u laserima sa pumpom od lampe, lampe sa pražnjenjem se koriste zbog svoje velike snage i širokog spektra. YA Mandryko i dr. razvio model snage generisanja impulsnog lučnog pražnjenja u aktivnim medijima optičkim pumpanjem ksenonskih lampi čvrstog lasera. Ovaj model pomaže u optimizaciji performansi lampi za impulsno pumpanje, što je ključno za efikasan rad lasera.
Laserske diode:Korištene u laserima sa diodnom pumpom, laserske diode nude prednosti kao što su visoka efikasnost, kompaktna veličina i mogućnost finog podešavanja.
Dalje čitanje:šta je laserska dioda?
Flash Lamps: Fleš lampe su intenzivni izvori svetlosti širokog spektra koji se obično koriste za pumpanje lasera u čvrstom stanju, kao što su rubin ili Nd:YAG laseri. Oni pružaju nalet svjetlosti visokog intenziteta koji pobuđuje laserski medij.
Lučne lampe: Slično blicama, ali dizajnirane za kontinuirani rad, lučne lampe nude stalan izvor intenzivnog svjetla. Koriste se u aplikacijama gdje je potreban kontinuirani talasni (CW) laserski rad.
LED diode (diode koje emituju svjetlost): Iako nisu tako uobičajene kao laserske diode, LED diode se mogu koristiti za optičko pumpanje u određenim aplikacijama male snage. Prednosti su zbog dugog vijeka trajanja, niske cijene i dostupnosti na različitim valnim dužinama.
Sunce: U nekim eksperimentalnim postavkama, koncentrisana sunčeva svjetlost je korištena kao izvor pumpe za lasere sa solarnom pumpom. Ova metoda koristi solarnu energiju, što je čini obnovljivim i isplativim izvorom, iako je manje podložna kontroli i manje intenzivnog u usporedbi s izvorima umjetnog svjetla.
Laserske diode spojene s vlaknima: Ovo su laserske diode spojene na optička vlakna, koja efikasnije isporučuju svjetlost pumpe laserskom mediju. Ova metoda je posebno korisna u fiber laserima iu situacijama kada je precizna isporuka svjetlosti pumpe ključna.
Ostali laseri: Ponekad se jedan laser koristi za pumpanje drugog. Na primjer, Nd:YAG laser sa udvostručenom frekvencijom može se koristiti za pumpanje lasera za bojenje. Ova metoda se često koristi kada su potrebne specifične valne dužine za proces pumpanja što nije lako postići konvencionalnim izvorima svjetlosti.
Solid-state laser sa diodnom pumpom
Početni izvor energije: Proces počinje s diodnim laserom, koji služi kao izvor pumpe. Diodni laseri su odabrani zbog njihove efikasnosti, kompaktne veličine i sposobnosti da emituju svetlost na određenim talasnim dužinama.
Svjetlo pumpe:Diodni laser emituje svetlost koju apsorbuje čvrsti medij. Talasna dužina diodnog lasera je prilagođena da odgovara karakteristikama apsorpcije medija za pojačanje.
Solid-StatePojačanje srednje
Materijal:Medij za pojačavanje u DPSS laserima je tipično materijal u čvrstom stanju kao što je Nd:YAG (itrijum-aluminijum-granat dopiran neodimijumom), Nd:YVO4 (itrijum-ortovanadat-dopiran neodimijumom) ili Yb:YAG (itrijum-aluminijum-granat dopiran iterbijem).
doping:Ovi materijali su dopirani jonima rijetkih zemalja (poput Nd ili Yb), koji su aktivni laserski joni.
Apsorpcija energije i pobuda:Kada svjetlo pumpe iz diodnog lasera uđe u medij za pojačavanje, joni rijetkih zemalja apsorbiraju ovu energiju i pobuđuju se u stanja više energije.
Populaciona inverzija
Postizanje inverzije stanovništva:Ključ laserskog djelovanja je postizanje inverzije populacije u mediju pojačanja. To znači da je više jona u pobuđenom stanju nego u osnovnom stanju.
Stimulirana emisija:Jednom kada se postigne inverzija populacije, uvođenje fotona koji odgovara energetskoj razlici između pobuđenog i osnovnog stanja može stimulirati pobuđene ione da se vrate u osnovno stanje, emitujući foton u procesu.
Optički rezonator
Ogledala: Medijum za pojačanje je smešten unutar optičkog rezonatora, koji se obično formira od dva ogledala na svakom kraju medija.
Povratna informacija i pojačanje: Jedno od ogledala je jako reflektirajuće, a drugo djelomično. Fotoni se odbijaju napred-nazad između ovih ogledala, stimulišući više emisije i pojačavajući svetlost.
Laser Emission
Koherentna svjetlost: Fotoni koji se emituju su koherentni, što znači da su u fazi i imaju istu talasnu dužinu.
Izlaz: Djelimično reflektirajuće ogledalo dozvoljava da dio ove svjetlosti prođe, formirajući laserski snop koji izlazi iz DPSS lasera.
Geometrije pumpanja: bočno i krajnje pumpanje
| Metoda pumpanja | Opis | Prijave | Prednosti | Izazovi |
|---|---|---|---|---|
| Side Pumping | Svjetlost pumpe uvedena okomito na laserski medij | Štapni ili fiber laseri | Ujednačena distribucija svjetla pumpe, pogodna za aplikacije velike snage | Neujednačena distribucija pojačanja, niži kvalitet zraka |
| Kraj pumpanja | Pumpa svjetlost usmjerena duž iste ose kao i laserski snop | Solid-state laseri poput Nd:YAG | Ujednačena distribucija pojačanja, veći kvalitet zraka | Kompleksno poravnanje, manje efikasno odvođenje toplote u laserima velike snage |
Zahtjevi za efikasno svjetlo pumpe
| Requirement | Važnost | Uticaj/ravnoteža | Dodatne napomene |
|---|---|---|---|
| Spectrum Suitability | Talasna dužina mora odgovarati spektru apsorpcije laserskog medija | Osigurava efikasnu apsorpciju i efektivnu inverziju populacije | - |
| Intenzitet | Mora biti dovoljno visok za željeni nivo pobude | Preveliki intenziteti mogu uzrokovati termička oštećenja; preniska neće postići populacijsku inverziju | - |
| Kvalitet zraka | Posebno kritično kod lasera sa krajnjom pumpom | Osigurava efikasno spajanje i doprinosi kvaliteti emitovanog laserskog zraka | Visok kvalitet snopa je ključan za precizno preklapanje svjetlosti pumpe i volumena laserskog moda |
| Polarizacija | Potreban za medije sa anizotropnim svojstvima | Poboljšava efikasnost apsorpcije i može uticati na polarizaciju emitovanog laserskog svjetla | Specifično stanje polarizacije može biti potrebno |
| Intenzitet buke | Nizak nivo buke je od ključnog značaja | Fluktuacije u intenzitetu svjetlosti pumpe mogu utjecati na kvalitetu i stabilnost laserskog izlaza | Važno za aplikacije koje zahtijevaju visoku stabilnost i preciznost |
Vrijeme objave: 01.12.2023