Prihláste sa na odber našich sociálnych médií, aby ste mohli okamžite post
Vo svojej podstate je laserové čerpanie procesom energie média na dosiahnutie stavu, v ktorom môže emitovať laserové svetlo. Zvyčajne sa to robí injekciou svetla alebo elektrického prúdu do média, vzrušujúce jeho atómy a vedie k emisii koherentného svetla. Tento základný proces sa od príchodu prvých laserov v polovici 20. storočia významne vyvinul.
Aj keď je často modelované podľa rýchlostných rovníc, laserové čerpanie je v zásade kvantovým mechanickým procesom. Zahŕňa zložité interakcie medzi fotónmi a atómovou alebo molekulárnou štruktúrou ziskového média. Pokročilé modely zvažujú javy ako Rabi oscilácie, ktoré poskytujú podrobnejšie pochopenie týchto interakcií.
Laserové čerpanie je proces, v ktorom sa energia, typicky vo forme svetla alebo elektrického prúdu, dodáva do laserového ziskového média, aby sa jeho atómy alebo molekuly zvýšili na stavy s vyššou energiou. Tento prenos energie je rozhodujúci pre dosiahnutie inverzie populácie, stav, v ktorom je viac častíc vzrušených ako v nižšom stave energie, čo umožňuje médiu zosilniť svetlo stimulovanou emisiou. The process involves intricate quantum interactions, often modeled through rate equations or more advanced quantum mechanical frameworks. Medzi kľúčové aspekty patrí výber zdroja čerpadla (ako sú laserové diódy alebo výbojové žiarovky), geometria čerpadla (bočné alebo koncové čerpanie) a optimalizácia charakteristík svetla čerpadla (spektrum, intenzita, kvalita lúča, polarizácia), aby zodpovedali špecifickým požiadavkám na ziskové médium. Laserové čerpanie je zásadné v rôznych laserových typoch vrátane pevného stavu, polovodičov a plynových laserov a je nevyhnutné pre efektívnu a efektívnu prevádzku lasera.
Odrody opticky čerpaných laserov
1. Lasery v pevnom stave s dotovanými izolátormi
· Prehľad:Tieto lasery používajú elektricky izolačné hostiteľské médium a spoliehajú sa na optické čerpanie na energiu laserovo aktívnych iónov. Bežným príkladom je nodymia v laseroch YAG.
·Posledný výskum:A study by A. Antipov et al. discusses a solid-state near-IR laser for spin-exchange optical pumping. Tento výskum zdôrazňuje pokrok v technológii solídnych laserových technológií, najmä v takmer infračervenom spektre, čo je rozhodujúce pre aplikácie, ako je lekárske zobrazovanie a telekomunikácie.
Ďalšie čítanie:Pevný stav blízky laser pre optické čerpanie spin-výmeny
2. Polovodičové lasery
·Všeobecné informácie: Typicky elektricky čerpané, polovodičové lasery môžu mať úžitok aj z optického čerpania, najmä v aplikáciách vyžadujúcich vysoký jas, ako napríklad vertikálne lasery emitujúce vonkajšie dutiny (VECSELS).
·Posledný vývoj: Práca U. Keller na hrebeni optických frekvencií z laserov ultrarýchle v tuhom stave a polovodičových laseroch poskytuje pohľad na tvorbu stabilných frekvenčných hrebeňov z diódových pumpovaných laserov a polovodičových laserov. Tento pokrok je významný pre aplikácie v metrológii optickej frekvencie.
Ďalšie čítanie:Optické frekvenčné hrebene z laserov ultrarýchle v tuhom stave a polovodiče
3. Plynové lasery
·Optické čerpanie v plynových laseroch: Niektoré typy plynových laserov, ako sú alkalické parné lasery, využívajú optické čerpanie. Tieto lasery sa často používajú v aplikáciách vyžadujúcich koherentné zdroje svetla so špecifickými vlastnosťami.
Zdroje optického čerpania
Výtokové žiarovky
Laserové diódy:Laserové diódy, ktoré sa používajú v laseroch s diódami, ponúkajú výhody, ako je vysoká účinnosť, kompaktná veľkosť a schopnosť jemne naladiť.
Ďalšie čítanie:Čo je to laserová dióda?
Bleskové žiarovky: Flash žiarovky sú intenzívne, širokospektrálne svetelné zdroje, ktoré sa bežne používajú na čerpanie laserov v tuhom stave, ako sú Ruby alebo ND: YAG lasery. Poskytujú výbuch svetla s vysokou intenzitou, ktoré vzrušuje laserové médium.
Oblúkové žiarovky: Podobne ako bleskové žiarovky, ale sú navrhnuté pre nepretržitú prevádzku, oblúkové žiarovky ponúkajú stabilný zdroj intenzívneho svetla. Používajú sa v aplikáciách, kde je potrebná laserová operácia kontinuálnej vlny (CW).
LED diódy (diódy emitujúce svetlo): Aj keď to nie je také bežné ako laserové diódy, LED môžu byť použité na optické čerpanie v určitých nízkoenergetických aplikáciách. Sú výhodné kvôli svojej dlhej životnosti, nízkych nákladoch a dostupnosti v rôznych vlnových dĺžkach.
Slnečné svetlo: V niektorých experimentálnych nastaveniach sa koncentrované slnečné svetlo používalo ako zdroj pumpy pre slnečné lasery. Táto metóda využíva slnečnú energiu, vďaka čomu je obnoviteľným a nákladovo efektívnym zdrojom, hoci je menej kontrolovateľná a menej intenzívna v porovnaní s umelými zdrojmi svetla.
Laserové diódy spojené s vláknami: Jedná sa o laserové diódy spojené s optickými vláknami, ktoré efektívnejšie dodávajú svetlo čerpadla do laserového média. Táto metóda je obzvlášť užitočná v vláknových laseroch av situáciách, keď je presné dodanie čerpadla svetlo rozhodujúce.
Ostatné lasery: Sometimes, one laser is used to pump another. For example, a frequency-doubled Nd: YAG laser might be used to pump a dye laser. Táto metóda sa často používa, keď sú potrebné špecifické vlnové dĺžky pre proces čerpania, ktorý sa ľahko nedosiahne pri konvenčných zdrojoch svetla.
Laser s tuhým stavom pumpovaného
Počiatočný zdroj energie: Proces začína diódovým laserom, ktorý slúži ako zdroj čerpadla. Diódové lasery sa vyberajú pre svoju účinnosť, kompaktnú veľkosť a schopnosť vyžarovať svetlo pri špecifických vlnových dĺžkach.
Svetlo čerpadla:Diódový laser emituje svetlo, ktoré je absorbované médiom na zisk v tuhom stave. The wavelength of the diode laser is tailored to match the absorption characteristics of the gain medium.
TuhýZískať médium
Materiál:Ziskové médium v laseroch DPSS je zvyčajne materiál z tuhého stavu, ako je ND: YAG (hliníkový granát YV: YVO4 (YVO4 (YVO4 (YVO-DOPED YVO-DOPED (YTTERIUM-DOPED (YTTERIUM-DOPED (YTTERBIUM-DOPED).
Doping:Tieto materiály sú dotované iónmi vzácnych zemín (napríklad ND alebo YB), ktoré sú aktívnymi laserovými iónmi.
Absorpcia energie a budenie:
Dosiahnutie inverzie populácie:Kľúčom k laserovému pôsobeniu je dosiahnutie inverzie populácie v ziskovom médiu. This means that more ions are in an excited state than in the ground state.
Stimulovaná emisia:Akonáhle sa dosiahne inverzia populácie, zavedenie fotónu zodpovedajúceho energetickému rozdielu medzi excitovanými a pozemnými stavmi môže stimulovať excitované ióny, aby sa vrátili do základného stavu a emitovalo fotón v tomto procese.
Optický rezonátor
Koherentné svetlo: Fotóny, ktoré sú emitované, sú koherentné, čo znamená, že sú vo fáze a majú rovnakú vlnovú dĺžku.
Výstup: Čiastočne reflexné zrkadlo umožňuje prejsť časť tohto svetla a vytvára laserový lúč, ktorý opúšťa laser DPSS.
Čerpanie geometrie: bočné oproti čerpaniu
| Opis | Žiadosti | Výhody | Výziev | |
|---|---|---|---|---|
| Bočné čerpanie | Svetlo čerpadla zaviedlo kolmo na laserové médium | Rovnomerné rozdelenie svetla čerpadla, vhodné pre vysoko výkonné aplikácie | Nejednotné rozdelenie zisku, nižšia kvalita lúča | |
| Konečné čerpanie | Svetlo čerpadla nasmerované pozdĺž tej istej osi ako laserový lúč | Lasery s pevným štátom ako ND: YAG | Rovnomerné rozdelenie zisku, vyššia kvalita lúča |
Požiadavky na efektívne svetlo čerpadla
| Požiadavka | Dôležitosť | Dopad/rovnováha | Ďalšie poznámky |
|---|---|---|---|
| Vhodnosť | Zabezpečuje účinnú absorpciu a účinnú inverziu populácie | - | |
| Intenzita | Musí byť dostatočne vysoký na požadovanú úroveň excitácie | Príliš vysoká intenzita môže spôsobiť tepelné poškodenie; príliš nízka nedosahuje inverziu populácie | - |
| Kvalita lúča | Obzvlášť kritické v koncových laseroch | Zabezpečuje efektívne spojenie a prispieva k emitovanej kvalite laserového lúča | Kvalita vysokej lúča je rozhodujúca pre presné prekrývanie objemu svetla čerpadla a laserového režimu |
| Polarizácia | Vyžaduje sa pre médiá s anizotropnými vlastnosťami | Zvyšuje účinnosť absorpcie a môže ovplyvniť emitované laserové svetlo polarizácie | Môže byť potrebný konkrétny stav polarizácie |
| Šum | Nízke hladiny hluku sú rozhodujúce | Výkyvy intenzity svetla čerpadla môžu ovplyvniť kvalitu a stabilitu výstupu laserom | Dôležité pre aplikácie vyžadujúce vysokú stabilitu a presnosť |
Čas príspevku: december-01-2023