Абонирайте се за нашите социални медии за бърза публикация
По своята същност лазерното изпомпване е процесът на енергизиране на среда за постигане на състояние, където може да излъчва лазерна светлина. Обикновено това се прави чрез инжектиране на светлина или електрически ток в средата, вълнува неговите атоми и води до излъчване на кохерентна светлина. Този основополагащ процес се развива значително след появата на първите лазери в средата на 20 век.
Въпреки че често се моделира от уравнения на скоростта, лазерното изпомпване е основно квантов механичен процес. Тя включва сложни взаимодействия между фотоните и атомната или молекулната структура на усилващата среда. Разширените модели разглеждат явления като раби колебания, които осигуряват по -нюансирано разбиране на тези взаимодействия.
Лазерното изпомпване е процес, при който енергията, обикновено под формата на светлина или електрически ток, се доставя до среда за усилване на лазера, за да се повиши атомите или молекулите си до състояния с по -висока енергия. Този пренос на енергия е от решаващо значение за постигане на инверсия на популацията, състояние, при което повече частици се вълнуват, отколкото в по -ниско енергийно състояние, което позволява на средата да усили светлината чрез стимулирана емисия. Процесът включва сложни квантови взаимодействия, често моделирани чрез уравнения на скоростта или по -модерни квантови механични рамки. Основните аспекти включват избора на източник на помпа (като лазерни диоди или лампи за изпускане), геометрия на помпата (странично или крайно изпомпване) и оптимизация на характеристиките на светлината на помпата (спектър, интензивност, качество на лъча, поляризация), за да съответстват на специфичните изисквания на средата за усилване. Лазерното изпомпване е основно при различни лазерни видове, включително твърдо състояние, полупроводници и газови лазери и е от съществено значение за ефективната и ефективна работа на лазера.
Разновидности на оптично изпомпвани лазери
1. Лазери от твърдо състояние с легирани изолатори
· Преглед:Тези лазери използват електрически изолационна среда на гостоприемника и разчитат на оптично изпомпване, за да захранват лазерно активни йони. Често срещан пример е неодимият в YAG лазери.
·Скорошни изследвания:Проучване на A. Antipov et al. Обсъжда солидно състояние в почти IR лазер за оптично изпомпване на въртене-обмен. Това изследване подчертава напредъка в лазерната технология в твърдо състояние, особено в близко инфрачервения спектър, което е от решаващо значение за приложения като медицински изображения и телекомуникации.
Допълнително четене:Твърдо състояние почти IR лазер за оптично изпомпване на въртене-обмен
2. Полупроводникови лазери
·Обща информация: Обикновено електрически изпомпвани, полупроводникови лазери също могат да се възползват от оптично изпомпване, особено в приложения, изискващи висока яркост, като вертикална външна кухина, излъчваща лазери (Vecsels).
·Последни разработки: Работата на U. Keller върху оптичните честотни гребени от ултрабързи твърди и полупроводникови лазери предоставя представа за генерирането на стабилни честотни гребени от лазери с твърдо състояние и полупроводникови лазери. Този напредък е важен за приложенията в оптичната честотна метрология.
Допълнително четене:Оптични честотни гребени от ултрабързи твърди и полупроводникови лазери
3. Газови лазери
·Оптично изпомпване в газови лазери: Някои видове газови лазери, като алкални пари лазери, използват оптично изпомпване. Тези лазери често се използват в приложения, изискващи кохерентни източници на светлина със специфични свойства.
Източници за оптично изпомпване
Лампи за изпускане: Често срещан при лазери, изпъстрени с лампи, лампите за изпускане се използват за тяхната висока мощност и широк спектър. Ya Mandryko et al. Разработи мощност на производството на импулсно дъга за изпускане в активното медийно оптично изпомпване ксенонови лампи от лазери от твърдо състояние. Този модел помага да се оптимизира работата на импулсните помпени лампи, от решаващо значение за ефективната работа с лазер.
Лазерни диоди:Използвани в лазери, попушени с диоди, лазерните диоди предлагат предимства като висока ефективност, компактен размер и способност да бъдат фини настроени.
Допълнително четене:Какво е лазерен диод?
Светкавични лампи: Flash Lamps са интензивни източници на широк спектър на светлината, които обикновено се използват за изпомпване на лазери с твърдо състояние, като Ruby или ND: YAG лазери. Те осигуряват високоинтензивен изблик на светлина, който възбужда лазерната среда.
Дъгови лампи: Подобно на флаш лампите, но проектирани за непрекъсната работа, ARC лампите предлагат постоянен източник на интензивна светлина. Те се използват в приложения, при които е необходима непрекъсната вълна (CW) лазерна работа.
Светодиоди (светлинни излъчващи диоди): Въпреки че не са толкова често срещани като лазерните диоди, светодиодите могат да се използват за оптично изпомпване в определени приложения с ниска мощност. Те са изгодни поради дългия си живот, ниска цена и наличност в различни дължини на вълната.
Слънчева светлина: В някои експериментални настройки концентрираната слънчева светлина е използвана като източник на помпа за лазери със слънчева енергия. Този метод използва слънчева енергия, което я прави възобновяем и рентабилен източник, въпреки че е по-малко контролируем и по-малко интензивен в сравнение с изкуствените източници на светлина.
Лазерни диоди, свързани с влакна: Това са лазерни диоди, съчетани с оптични влакна, които доставят светлината на помпата по -ефективно до лазерната среда. Този метод е особено полезен при лазери от влакна и в ситуации, при които прецизното доставяне на помпата е от решаващо значение.
Други лазери: Понякога един лазер се използва за изпомпване на друг. Например, за изпомпване на лазер за багрило, удвоено с честота на ND: YAG, може да се използва за изпомпване на лазер. Този метод често се използва, когато са необходими специфични дължини на вълната за процеса на изпомпване, който не се постига лесно с конвенционални източници на светлина.
Диод-помпа с твърдо състояние лазер
Първоначален източник на енергия: Процесът започва с диоден лазер, който служи като източник на помпа. Диодните лазери се избират за тяхната ефективност, компактен размер и способност за излъчване на светлина при специфични дължини на вълната.
Светлина на помпата:Диодният лазерен излъчва светлина, която се абсорбира от средата за усилване на твърдото състояние. Дължината на вълната на диодния лазер е пригодена да съответства на характеристиките на абсорбция на средата на усилване.
Твърдо състояниеСпечелете среда
Материал:Подвижната среда в DPSS лазерите обикновено е твърд държавен материал като ND: YAG (Neodymium-легиран итриев алуминиев гранат), ND: YVO4 (Neodymium-легиран Yttrium Orthovanadate) или Yb: YAG (Ytterbium-легиран Yttrium Aluminum garnet).
Допинг:Тези материали са легирани с рядкоземни йони (като ND или YB), които са активните лазерни йони.
Абсорбция и възбуждане на енергия:Когато светлината на помпата от диодния лазер влезе в усилващата среда, рядкоземните йони абсорбират тази енергия и се вълнуват от по-високи енергийни състояния.
Инверсия на населението
Постигане на инверсия на населението:Ключът към лазерното действие е постигането на инверсия на популацията в средата за усилване. Това означава, че повече йони са в възбудено състояние, отколкото в основното състояние.
Стимулирани емисии:След като се постигне инверсия на населението, въвеждането на фотон, съответстващ на енергийната разлика между възбудените и основните състояния, може да стимулира възбудените йони да се върнат в основното състояние, излъчвайки фотон в процеса.
Оптичен резонатор
Огледала: Средата за усилване се поставя вътре в оптичен резонатор, обикновено се образува от две огледала във всеки край на средата.
Обратна връзка и усилване: Едно от огледалата е силно отразяваща, а другото е частично отразяващо. Фотоните отскачат напред и назад между тези огледала, стимулирайки повече емисии и усилвайки светлината.
Лазерна емисия
Кохерентна светлина: Фотоните, които се излъчват, са съгласувани, което означава, че са във фаза и имат една и съща дължина на вълната.
Изход: Частично отразяващото огледало позволява да се премине част от тази светлина, образувайки лазерния лъч, който излиза от DPSS лазера.
Геометрии на изпомпване: Странична срещу крайно изпомпване
| Метод на изпомпване | Описание | Приложения | Предимства | Предизвикателства |
|---|---|---|---|---|
| Странично изпомпване | Помпена светлина, въведена перпендикулярно на лазерната среда | Пръчка или влакна лазери | Равномерно разпределение на помпата, подходящо за приложения с висока мощност | Нееднообразно разпределение на усилването, по-ниско качество на лъча |
| Крайно изпомпване | Помпата светлина, насочена по същата ос като лазерния лъч | Лазери от твърдо състояние като ND: YAG | Равномерно разпределение на усилването, по -високо качество на лъча | Сложно подравняване, по-малко ефективно разсейване на топлината при лазери с висока мощност |
Изисквания за ефективна светлина на помпата
| Изискване | Значение | Въздействие/баланс | Допълнителни бележки |
|---|---|---|---|
| Спектърна годност | Дължината на вълната трябва да съответства на спектъра на абсорбция на лазерната среда | Осигурява ефективна абсорбция и ефективна инверсия на популацията | - |
| Интензивност | Трябва да е достатъчно високо за желаното ниво на възбуждане | Прекалено високата интензивност може да причини топлинно увреждане; Твърде ниското няма да постигне инверсия на населението | - |
| Качество на лъча | Особено критични в лазерите с край на край | Осигурява ефективно свързване и допринася за качеството на излъчен лазерен лъч | Високото качество на лъча е от решаващо значение за прецизно припокриване на обема на светлината на помпата и обема на лазерния режим |
| Поляризация | Изисква се за медии с анизотропни свойства | Повишава ефективността на абсорбцията и може да повлияе на излъчваната лазерна светлина поляризация | Може да е необходимо специфично състояние на поляризация |
| Интензивен шум | Ниските нива на шум са от решаващо значение | Колебанията в интензивността на светлината на помпата могат да повлияят на качеството на лазерния изход и стабилността | Важно за приложения, изискващи висока стабилност и прецизност |
Време за публикация: DEC-01-2023