Naročite se na naše družbene medije za hitro objavo
Laserska črpalka je v svojem bistvu postopek spodbujanja medija za dosego stanja, kjer lahko oddaja lasersko svetlobo. Običajno to storimo z vbrizgavanjem svetlobe ali električnega toka v medij, vznemirjajo njene atome in vodijo do emisije koherentne svetlobe. Ta temeljni proces se je od pojava prvih laserjev sredi 20. stoletja močno razvil.
Medtem ko je pogosto modelirano po enačbah hitrosti, je lasersko črpanje v bistvu kvantni mehanski postopek. Vključuje zapletene interakcije med fotoni in atomsko ali molekularno strukturo dobička. Napredni modeli upoštevajo pojave, kot so nihanja Rabi, ki omogočajo bolj zatemnjeno razumevanje teh interakcij.
Laserska črpalka je postopek, kjer se energija, običajno v obliki svetlobe ali električnega toka, dovaja v laserski dobiček medija, da bi svoje atome ali molekule dvignila v višja energetska stanja. Ta prenos energije je ključnega pomena za doseganje inverzije populacije, stanje, v katerem je več delcev vzbujeno kot v nižjem energijskem stanju, kar omogoča medij za ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo. Proces vključuje zapletene kvantne interakcije, ki jih pogosto modelirajo z enačbami hitrosti ali naprednejšimi kvantnimi mehanskimi okviri. Ključni vidiki vključujejo izbiro vira črpalke (na primer laserske diode ali izpuščene svetilke), geometrijo črpalke (stransko ali končno črpanje) in optimizacijo značilnosti svetlobe črpalke (spekter, intenzivnost, kakovost žarka, polarizacija), da se ujemajo s posebnimi zahtevami dobička. Laserska črpalka je temeljna pri različnih laserskih vrstah, vključno z laserji v trdnem stanju, polprevodnikih in plinov in je bistvenega pomena za učinkovito in učinkovito delovanje laserja.
Sorte optično črpanih laserjev
1. trdni laserji z dopiranimi izolatorji
· Pregled:Ti laserji uporabljajo električno izolacijski gostiteljski medij in se za napajanje laserskih aktivnih ionov zanašajo na optično črpanje. Pogost primer je neodimij v Yag laserjih.
·Nedavne raziskave:Študija A. Antipov et al. Razpravlja o trdnem stanju laserja za optično črpanje Spin-IR. Ta raziskava poudarja napredek v laserski tehnologiji v trdnem stanju, zlasti v skoraj infrardečem spektru, ki je ključnega pomena za aplikacije, kot sta medicinsko slikanje in telekomunikacije.
Nadaljnje branje:Trdni laser za optično črpanje Spin-IR za Spin-Exchange
2. polprevodniški laserji
·Splošne informacije: Običajno električno črpani, polprevodniški laserji lahko koristijo tudi optično črpanje, zlasti v aplikacijah, ki zahtevajo visoko svetlost, kot so navpične zunanje površinske površine, ki oddajajo laserje (Vecsels).
·Nedavni razvoj: U. Kellerjevo delo o glavnikih z optično frekvenco iz ultra hitrih trdnih in polprevodniških laserjev ponuja vpogled v nastajanje stabilnih frekvenčnih glavnih glavk iz diode, ki so bile spuščene trdne in polprevodniške laserje. Ta napredek je pomemben za aplikacije v optični frekvenčni meroslovje.
Nadaljnje branje:Optični frekvenčni glafi iz ultra hitrih laserjev iz trdnega stanja in polprevodnikov
3. Plinski laserji
·Optično črpanje v plinskih laserjih: nekatere vrste plinskih laserjev, kot so alkalni parni laserji, uporabljajo optično črpanje. Ti laserji se pogosto uporabljajo v aplikacijah, ki zahtevajo skladne svetlobne vire s posebnimi lastnostmi.
Viri za optično črpanje
Izcedne svetilke: Pogosti v laserjih, ki so črpani z svetilko, se praznjenje uporabljajo za njihovo veliko moč in širok spekter. Ya Mandyko in sod. Razvil model moči proizvodnje impulznega loka v aktivnem medijskem optičnem črpalnem ksenonu svetilk iz trdnih laserjev. Ta model pomaga optimizirati delovanje impulznih črpalk, ki so ključne za učinkovito delovanje laserja.
Laserske diode:Laserske diode, ki se uporabljajo v laserjih z diodo, ponujajo prednosti, kot so visoka učinkovitost, kompaktna velikost in sposobnost fino uglaševanja.
Nadaljnje branje:Kaj je laserska dioda?
Bliskavice: Bliskavice so intenzivni svetlobni viri širokega spektra, ki se običajno uporabljajo za črpanje laserjev v trdnem stanju, kot sta rubina ali ND: YAG laserji. Zagotavljajo visoko intenzivno svetlobo svetlobe, ki navdušuje laserski medij.
Ločne svetilke: Podobno kot bliskavice, vendar so zasnovane za neprekinjeno delovanje, tudi obrobne svetilke ponujajo enakomeren vir intenzivne svetlobe. Uporabljajo se v aplikacijah, kjer je potrebno lasersko delovanje neprekinjenega vala (CW).
LED (diode, ki oddajajo svetlobo): Čeprav niso tako pogoste kot laserske diode, se LED lahko uporabljajo za optično črpanje v nekaterih aplikacijah z nizko močjo. Prednosti so zaradi svoje dolge življenjske dobe, nizkih stroškov in razpoložljivosti v različnih valovnih dolžinah.
Sončna svetloba: V nekaterih eksperimentalnih nastavitvah je bila koncentrirana sončna svetloba uporabljena kot vir črpalke za sončno črpane laserje. Ta metoda izkorišča sončno energijo, zaradi česar je obnovljiv in stroškovno učinkovit vir, čeprav je v primerjavi z umetnimi svetlobnimi viri manj nadzorovan in manj intenziven.
Laserske diode z vlakninami: To so laserske diode, povezane z optičnimi vlakni, ki svetlobo črpalke bolj učinkovito dovajajo na laserski medij. Ta metoda je še posebej uporabna v vlakninah in v situacijah, kjer je ključnega pomena natančna dobava svetlobe črpalke.
Drugi laserji: Včasih se en laser uporablja za črpanje drugega. Na primer, za črpanje laserja za barvanje se lahko uporabi frekvenčno dvojen ND: YAG laser. Ta metoda se pogosto uporablja, kadar so za postopek črpanja potrebne posebne valovne dolžine, ki ga ni enostavno doseči z običajnimi svetlobnimi viri.
Diodnega trdnega stanja laserja
Začetni vir energije: Postopek se začne z diodnim laserjem, ki služi kot vir črpalke. Diodni laserji so izbrani zaradi svoje učinkovitosti, kompaktne velikosti in sposobnosti oddajanja svetlobe na določenih valovnih dolžinah.
Luč črpalke:Diodni laser oddaja svetlobo, ki jo absorbira medij za pridobivanje v trdnem stanju. Valovna dolžina diodnega laserja je prilagojena tako, da ustreza absorpcijskim značilnostim dobička.
Trdno stanjePridobiti srednjo
Material:Dobisni medij v laserjih DPSS je običajno trdno stanje materiala, kot je ND: YAG (neodimijev aluminijev granet), ND: YVO4 (neodimij, dopirani yttrium ortovanadat) ali yb: yag (ytterbium-doped yttrium aluminum garnet).
Doping:Ti materiali so dopirani z redkimi zemeljskimi ioni (kot sta ND ali YB), ki so aktivni laserski ioni.
Absorpcija in vzbujanje energije:Ko svetloba črpalke iz diodnega laserja vstopi v dobiček, ioni redkih Zemlje absorbirajo to energijo in se navdušijo do višjih energetskih stanj.
Inverzija prebivalstva
Doseganje inverzije prebivalstva:Ključ do laserskega delovanja je doseganje inverzije populacije v dobičku. To pomeni, da je več ionov v navdušenem stanju kot v osnovnem stanju.
Stimulirana emisija:Ko je dosežena inverzija populacije, lahko uvedba fotona, ki ustreza energijski razliki med vzbujenim in zemeljskim stanjem, spodbudi vzbujene ione, da se vrnejo v osnovno stanje in v tem procesu oddajajo foton.
Optični resonator
Zrcala: Medij za pridobivanje je nameščen znotraj optičnega resonatorja, ki ga običajno tvorita dva ogledala na vsakem koncu medija.
Povratne informacije in ojačanje: Eno od ogledal je zelo odsevno, drugo pa delno odsevno. Fotoni se med temi ogledali odbijajo naprej in nazaj, spodbudijo več emisij in ojačajo svetlobo.
Laserska emisija
Koherentna svetloba: fotoni, ki se oddajajo, so skladni, kar pomeni, da so v fazi in imajo isto valovno dolžino.
Izhod: Delno odsevno ogledalo omogoča, da se skozi nekaj te svetlobe prehaja skozi laserski žarek, ki izstopi iz laserja DPSS.
Geometrije črpanja: Stranska in končna črpalka
| Metoda črpanja | Opis | Prijave | Prednosti | Izzivi |
|---|---|---|---|---|
| Stranska črpalka | Luč črpalke, ki je bila v lasersko medij uvedena pravokotno | Laserji palice ali vlaken | Enotna porazdelitev svetlobe črpalke, primerna za uporabo z visoko močjo | Neenakomerna porazdelitev dobička, kakovost nižjega žarka |
| Končna črpalka | Luč črpalke, usmerjena vzdolž iste osi kot laserski žarek | Laserji iz trdnih držav, kot je ND: YAG | Enotna porazdelitev dobička, višja kakovost snopa | Kompleksna poravnava, manj učinkovita odvajanje toplote pri laserjih z visoko močjo |
Zahteve za učinkovito luč črpalke
| Zahteva | Pomembnost | Vpliv/ravnotežje | Dodatne opombe |
|---|---|---|---|
| Primernost spektra | Valovna dolžina se mora ujemati z absorpcijskim spektrom laserskega medija | Zagotavlja učinkovito absorpcijo in učinkovito inverzijo populacije | - |
| Intenzivnost | Mora biti dovolj visoka za želeno raven vzbujanja | Pretirano visoke intenzivnosti lahko povzročijo toplotno škodo; Prenizka ne bo dosegla inverzije populacije | - |
| Kakovost snopa | Še posebej kritični pri končnih kopnih laserjih | Zagotavlja učinkovito spajanje in prispeva k odpuščanju kakovosti laserskega žarka | Visoka kakovost snopa je ključnega pomena za natančno prekrivanje svetlobe črpalke in volumna laserskega načina |
| Polarizacija | Potreben za medije z anizotropnimi lastnostmi | Poveča absorpcijsko učinkovitost in lahko vpliva na izpuščeno lasersko polarizacijo | Lahko bo potrebno posebno stanje polarizacije |
| Intenzivnost hrupa | Nizke ravni hrupa so ključne | Nihanja intenzivnosti svetlobe črpalke lahko vplivajo na kakovost in stabilnost laserskega izhoda | Pomembno za aplikacije, ki zahtevajo visoko stabilnost in natančnost |
Čas objave: dec-01-2023