Tilaa sosiaalinen media nopeaksi viestille
Sen olemuksessa laserpumppu on prosessi, jolla väliaine energisee tilan saavuttamiseksi, jossa se voi lähettää laservaloa. Tämä tehdään tyypillisesti injektoimalla valo- tai sähkövirta väliaineeseen, jännittämällä sen atomeja ja johtamalla koherentin valon säteilyyn. Tämä perustava prosessi on kehittynyt merkittävästi ensimmäisten laserien tulon jälkeen 1900-luvun puolivälissä.
Vaikka laserpumppu on usein mallinnettu nopeusyhtälöillä, se on pohjimmiltaan kvanttimekaaninen prosessi. Se sisältää fotonien ja vahvistusväliaineen atomi- tai molekyylirakenteen monimutkaisia vuorovaikutuksia. Edistyneet mallit pitävät ilmiöitä, kuten rabi -värähtelyjä, jotka tarjoavat vivahteellisemman käsityksen näistä vuorovaikutuksista.
Laserpumppu on prosessi, jossa energiaa, joka on tyypillisesti valon tai sähkövirran muodossa, toimitetaan laserin vahvistusväliaineeseen nostamaan sen atomeja tai molekyylejä korkeampien energiatilojen kanssa. Tämä energiansiirto on ratkaisevan tärkeä populaation inversion saavuttamiseksi, tila, jossa enemmän hiukkasia kiihtyy kuin alhaisemmassa energiatilassa, mikä mahdollistaa väliaineen valon vahvistamiseksi stimuloidun päästöjen avulla. Prosessiin sisältyy monimutkaisia kvanttivuorovaikutuksia, jotka on usein mallinnettu nopeusyhtälöillä tai edistyneemmillä kvanttimekaanisilla kehyksillä. Tärkeimmät näkökohdat sisältävät pumpun lähteen valinnan (kuten laser diodit tai purkauslamput), pumpun geometria (sivu- tai pääpumppu) ja pumpun valoominaisuuksien (spektri, voimakkuus, säteen laatu, polarisaatio) optimointi vastaamaan vahvistusväliaineen erityisvaatimuksia. Laserpumppu on olennaista erilaisissa lasertyypeissä, mukaan lukien solid-state-, puolijohde- ja kaasulaserit, ja se on välttämätöntä laserin tehokkaalle ja tehokkaalle toiminnalle.
Lajikkeita optisesti pumpattuja lasereita
1. Solid-State-laserit, joissa on seostetut eristimet
· Yleiskatsaus:Nämä laserit käyttävät sähköisesti eristävää isäntäväliainetta ja luottavat optiseen pumppaukseen laser-aktiivisten ionien energisoimiseksi. Yleinen esimerkki on neodyymi YAG -lasereissa.
·Viimeaikainen tutkimus:A. Antipov et ai. Keskustelee kiinteän tilan lähellä olevasta IR-laserista spin-vaihdon optista pumppausta varten. Tämä tutkimus korostaa kiinteän tilan lasertekniikan kehitystä, etenkin lähi-infrapunaspektrissä, mikä on ratkaisevan tärkeä sovelluksille, kuten lääketieteelliselle kuvantamiselle ja tietoliikenteelle.
Lisälukema:Sid-State Near-IR-laser spin-vaihto-optiseen pumppaukseen
14. puolijohdelaserit
·Yleiset tiedot: Tyypillisesti sähköisesti pumpattu, puolijohdelaserit voivat hyötyä myös optisesta pumppauksesta, etenkin sovelluksissa, jotka vaativat suurta kirkkautta, kuten pystysuuntainen ulkoinen ontelon pinta -alainen laserit (Vecsels).
·Viimeaikainen kehitys: U. Kellerin optisen taajuuskameran työ ultraopeasta puolijohde- ja puolijohdelaserista tarjoaa näkemyksiä vakaiden taajuuskambien muodostumisesta diodipumppuista kiinteän tilan ja puolijohdelaserien kanssa. Tämä eteneminen on merkittävä optisen taajuuden metrologian sovelluksille.
Lisälukema:Optiset taajuuskivet ultra -opimmista solid-state- ja puolijohdelasereista
3. Kaasulaserit
·Kaasulaserien optinen pumppaus: Tietyntyyppiset kaasulaserit, kuten alkalihöyrylaserit, hyödyntävät optista pumppausta. Näitä lasereita käytetään usein sovelluksissa, jotka vaativat koherentteja valonlähteitä, joilla on erityiset ominaisuudet.
Lähteet optiseen pumppaukseen
Tyhjennysvalaisimet: Yleistä lamppupumppuisissa lasereissa, purkauslamppuja käytetään niiden suuren ja laajan spektriin. Ya Mandryko et ai. Kehitetty impulssikaaren purkautumistuotannon tehomalli aktiivisen väliaineen optisessa pumppausksyonilamppuissa. Tämä malli auttaa optimoimaan impulssipumppuvalaisimien suorituskyvyn, mikä on tärkeää tehokkaan laserkäyttöön.
Laser diodit:Laser-diodit, joita käytetään diodipumputetuissa lasereissa, tarjoavat etuja, kuten korkea hyötysuhde, kompakti koko ja kyvyn olla hienosti viritetty.
Lisälukema:Mikä on laser diodi?
Flash -lamput: Flash-lamput ovat voimakkaita, laaja-alaisia valonlähteitä, joita käytetään yleisesti kiinteiden tilan laserien, kuten Ruby- tai Nd: YAG-laserien pumppaamiseen. Ne tarjoavat voimakkaan valon purskeen, joka innostaa laserväliainetta.
Kaarivalaisimet: Samankaltainen kuin flash -lamput, mutta suunniteltu jatkuvaan käyttöön, kaarivalaisimet tarjoavat tasaisen voimakkaan valon lähteen. Niitä käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan jatkuvaa aallon (CW) laserkäyttöä.
LEDit (kevyet diodit): Vaikka LED-levyjä ei ole niin yleinen kuin laser diodit, sitä voidaan käyttää optiseen pumppaukseen tietyissä pienitehoisissa sovelluksissa. Ne ovat edullisia pitkän elämänsä, alhaisten kustannusten ja saatavuuden vuoksi eri aallonpituuksilla.
Auringonvalo: Joissakin kokeellisissa asetuksissa konsentroitua auringonvaloa on käytetty pumpun lähteenä aurinkopumppuille lasereille. Tämä menetelmä valjastaa aurinkoenergiaa, mikä tekee siitä uusiutuvan ja kustannustehokkaan lähteen, vaikka se on vähemmän hallittavissa ja vähemmän voimakas keinotekoisiin valonlähteisiin verrattuna.
Kuitukytketty laser diodit: Nämä ovat laser diodeja, jotka on kytketty optisiin kuituihin, jotka toimittavat pumpun valon tehokkaammin laserväliaineeseen. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen kuitulasereissa ja tilanteissa, joissa pumpun valon tarkka toimitus on ratkaisevan tärkeää.
Muut laserit: Joskus yhtä laseria käytetään toisen pumppaamiseen. Esimerkiksi taajuuksilla kuhlattua ND: YAG-laseria voidaan käyttää väriainilaserin pumppaamiseen. Tätä menetelmää käytetään usein, kun pumppausprosessiin tarvitaan tiettyjä aallonpituuksia, joita ei ole helppo saavuttaa tavanomaisilla valonlähteillä.
Diodipumpun solid-state-laser
Alkuperäinen energialähde: Prosessi alkaa diodilaserilla, joka toimii pumpun lähteenä. Diodilaserit valitaan niiden tehokkuuden, kompaktin koon ja kyvyn säilyttämiseksi tietyillä aallonpituuksilla.
Pumppu valo:Diodilaser säteilee valoa, joka absorboi kiinteän tilan vahvistusväliaine. Diodilaserin aallonpituus on räätälöity vastaamaan vahvistusväliaineen absorptioominaisuuksia.
Solid-sidosVoittoväline
Materiaali:DPSS-laserien vahvistusväliaine on tyypillisesti kiinteän tilan materiaali, kuten Nd: YAG (neodyymi-seostettu yttrium-alumiini-granaatti), nd: yVO4 (neodyymi-seostettu yttrium ortovanadate) tai yb: YAG (Ytterbium-dopatoitu Yttrium Alumin Garnet).
Doping:Nämä materiaalit on seostettu harvinaisten maametallien ioneilla (kuten ND tai YB), jotka ovat aktiivisia laser-ioneja.
Energian imeytyminen ja viritys:Kun diodilaserin pumppuvalo tulee Gain-väliaineeseen, harvinaisten maametallit imevät tämän energian ja kiihtyvät korkeampien energiatilojen kanssa.
Väestön inversio
Väestön inversion saavuttaminen:Avain lasertoimintaan on populaation inversio saavutusvälineessä. Tämä tarkoittaa, että enemmän ionit ovat innostuneessa tilassa kuin perustilassa.
Stimuloitu päästö:Kun populaation inversio on saavutettu, viritettyjen ja maatilojen välistä energiaeroa vastaavan fotonin käyttöönotto voi stimuloida viritettyjä ioneja palaamaan perustilaan, säteilemällä fotonia prosessiin.
Optinen resonaattori
Peilit: Vahvistusväliaine sijoitetaan optisen resonaattorin sisään, joka on tyypillisesti kaksi peiliä väliaineen molemmissa päissä.
Palaute ja monistus: Yksi peileistä on erittäin heijastavaa, ja toinen heijastava. Fotonit pomppiivat edestakaisin näiden peilien välillä, stimuloivat enemmän päästöjä ja vahvistavat valoa.
Laserpäästö
Johdonmukainen valo: Lähettämät fotonit ovat johdonmukaisia, mikä tarkoittaa, että ne ovat vaiheessa ja niillä on sama aallonpituus.
Lähtö: Osittain heijastava peili antaa osan tästä valosta kulkea, muodostaen lasersäteen, joka poistuu DPSS -laserista.
Pumppausgeometriat: sivu vs. päätypumppu
| Pumppausmenetelmä | Kuvaus | Sovellukset | Edut | Haasteet |
|---|---|---|---|---|
| Sivupumppu | Pumppuvalo otettiin kohtisuoraan laserväliaineeseen | Sauva tai kuitulaserit | Pumpun valon tasainen jakauma, joka sopii suuritehoisiin sovelluksiin | Epäyhtenäinen vahvistusjakauma, alhaisempi säteen laatu |
| Loppupumppu | Pumppaa valoa, joka on suunnattu samaa akselia pitkin kuin laserpalkki | Solid-state-laserit, kuten nd: yag | Tasainen vahvistusjakauma, korkeampi säteen laatu | Monimutkainen kohdistus, vähemmän tehokas lämmön hajoaminen suuritehoisissa lasereissa |
Vaatimukset tehokkaasta pumpun valosta
| Vaatimus | Merkitys | Vaikutus/tasapaino | Ylimääräiset muistiinpanot |
|---|---|---|---|
| Spektrin soveltuvuus | Aallonpituuden on vastattava laserväliaineen absorptiospektriä | Varmistaa tehokkaan imeytymisen ja tehokkaan väestön inversion | - |
| Intensiteetti | On oltava riittävän korkea halutulle viritystasolle | Liian korkeat intensiteetit voivat aiheuttaa lämpövaurioita; Liian matala ei saavuta väestön inversiota | - |
| Säteen laatu | Erityisen kriittinen loppupumppuisissa lasereissa | Varmistaa tehokkaan kytkentä ja myötävaikuttaa päästölasersäteen laatuun | Huonekappale on ratkaisevan tärkeä pumpun valon ja lasermoodin äänenvoimakkuuden tarkkalle päällekkäisyydelle |
| Polarisaatio | Vaaditaan anisotrooppisilla ominaisuuksilla | Parantaa imeytymistehokkuutta ja voi vaikuttaa emittoidun laservalon polarisaatioon | Erityinen polarisaatiotila voi olla tarpeen |
| Voimakkuusmelu | Matala melutasot ovat ratkaisevan tärkeitä | Pumpun valon voimakkuuden vaihtelut voivat vaikuttaa laserlähtöjen laatuun ja stabiilisuuteen | Tärkeää sovelluksissa, jotka vaativat suurta vakautta ja tarkkuutta |
Viestin aika: DEC-01-2023