Во својата суштина, ласерското пумпање е процес на енергија на медиумот за да се постигне состојба каде што може да емитува ласерска светлина. Ова обично се прави со вбризгување на светлина или електрична струја во медиумот, возбудувајќи ги неговите атоми и доведувајќи до емисија на кохерентна светлина. Овој основен процес значително еволуираше од појавата на првите ласери во средината на 20 век.
Иако често се моделира со равенки за брзина, ласерското пумпање во основа е квантен механички процес. Тоа вклучува сложени интеракции помеѓу фотоните и атомската или молекуларната структура на медиумот за засилување. Напредните модели ги разгледуваат феномените како што се осцилации на Раби, кои обезбедуваат повеќе нијансирано разбирање на овие интеракции.
Ласерското пумпање е процес каде што енергијата, обично во форма на светлина или електрична струја, се доставува до медиумот за засилување на ласерот за да ги подигне неговите атоми или молекули до повисоки енергетски состојби. Овој трансфер на енергија е од клучно значење за постигнување на инверзија на населението, состојба каде што се возбудуваат повеќе честички отколку во пониска енергетска состојба, овозможувајќи му на медиумот да ја засилува светлината преку стимулирана емисија. Процесот вклучува сложени квантни интеракции, често моделирани преку равенки за брзина или понапредни квантни механички рамки. Клучните аспекти вклучуваат избор на извор на пумпа (како ласерски диоди или светилки за празнење), геометрија на пумпата (странично или крајно пумпање) и оптимизација на карактеристиките на светлината на пумпата (спектрум, интензитет, квалитет на зракот, поларизација) за да одговараат на специфичните барања на добие медиум. Ласерското пумпање е фундаментално во различни типови ласери, вклучително и ласери со цврста состојба, полупроводници и гасови, и е од суштинско значење за ефикасно и ефективно работење на ласерот.
Сорти на ласери со оптичка пумпа
1. Ласери со цврста состојба со допирани изолатори
· Преглед:Овие ласери користат електрично изолационен медиум на домаќинот и се потпираат на оптичко пумпање за да ги напојуваат ласерски активните јони. Чест пример е неодимиумот во YAG ласерите.
·Неодамнешно истражување:Една студија на A. Antipov et al. дискутира за блиску-IR ласер во цврста состојба за оптичко пумпање со вртење. Ова истражување го истакнува напредокот во технологијата за ласери со цврста состојба, особено во блискиот инфрацрвен спектар, што е од клучно значење за апликации како што се медицинските слики и телекомуникациите.
Дополнително читање:Ласер со цврста состојба близу IR за оптичко пумпање со вртење-размена
2. Полупроводнички ласери
·Општи информации: Типично електрично пумпаните, полупроводнички ласери исто така можат да имаат корист од оптичкото пумпање, особено во апликациите за кои е потребна висока осветленост, како што се ласерите со вертикална надворешна шуплина што емитува површина (VECSEL).
·Неодамнешни случувања: Работата на У. Келер на оптички фреквентни чешли од ултрабрзи ласери со цврста состојба и полупроводници дава увид во генерирањето на стабилни фреквентни чешли од диоди-пумпани ласери со цврста состојба и полупроводници. Овој напредок е значаен за апликации во метрологијата на оптичката фреквенција.
Дополнително читање:Чешли со оптичка фреквенција од ултрабрзи ласери со цврста состојба и полупроводници
3. Гасни ласери
·Оптичко пумпање во гасни ласери: Одредени типови гасни ласери, како ласерите со алкална пареа, користат оптичко пумпање. Овие ласери често се користат во апликации кои бараат кохерентни извори на светлина со специфични својства.
Извори за оптичко пумпање
Светилки за празнење: Вообичаено кај ласерите што пумпаат со ламба, светилките за празнење се користат поради нивната висока моќност и широк спектар. YA Mandryko et al. разви модел на моќност за генерирање на импулсен лак празнење во активни медиуми оптичко пумпање ксенонски светилки на ласери со цврста состојба. Овој модел помага да се оптимизираат перформансите на светилките за импулсно пумпање, што е од клучно значење за ефикасно ласерско работење.
Ласерски диоди:Користени во ласери со диоди, ласерските диоди нудат предности како што се висока ефикасност, компактна големина и способност за фино подесување.
Дополнително читање:што е ласерска диода?
Светилки за блиц: Светилките со блиц се интензивен, широк спектар на извори на светлина кои вообичаено се користат за пумпање ласери со цврста состојба, како што се рубин или Nd:YAG ласери. Тие обезбедуваат излив на светлина со висок интензитет што го возбудува ласерскиот медиум.
Лачни светилки: Слично на светилките со блиц, но дизајнирани за континуирано работење, лачните светилки нудат постојан извор на интензивна светлина. Тие се користат во апликации каде што е потребна ласерска работа со континуиран бран (CW).
LED диоди (диоди што емитуваат светлина): Иако не се толку вообичаени како ласерските диоди, LED диодите може да се користат за оптичко пумпање во одредени апликации со мала моќност. Тие се поволни поради нивниот долг животен век, ниската цена и достапноста во различни бранови должини.
Сончева светлина: Во некои експериментални поставки, концентрирана сончева светлина се користи како извор на пумпа за ласери со соларна пумпа. Овој метод ја искористува сончевата енергија, што ја прави обновлив и економичен извор, иако е помалку контролиран и помалку интензивен во споредба со вештачките извори на светлина.
Ласерски диоди споени со влакна: Ова се ласерски диоди споени со оптички влакна, кои поефикасно ја доставуваат светлината на пумпата до ласерскиот медиум. Овој метод е особено корисен кај ласерите со влакна и во ситуации кога прецизното доставување на светлината на пумпата е од клучно значење.
Други ласери: Понекогаш, еден ласер се користи за пумпање на друг. На пример, Nd: YAG ласер со удвојување на фреквенцијата може да се користи за пумпање на ласер за боја. Овој метод често се користи кога се потребни специфични бранови должини за процесот на пумпање што не се постигнува лесно со конвенционалните извори на светлина.
Ласер со цврста состојба со диоди
Почетен извор на енергија: Процесот започнува со диоден ласер, кој служи како извор на пумпата. Диодните ласери се избрани поради нивната ефикасност, компактна големина и способност да емитуваат светлина на одредени бранови должини.
Светло на пумпата:Диодниот ласер емитира светлина што се апсорбира од медиумот за засилување во цврста состојба. Брановата должина на диодниот ласер е прилагодена да одговара на карактеристиките на апсорпција на медиумот за засилување.
Солидна државаДобијте медиум
Материјал:Медиумот за засилување во DPSS ласерите е типично материјал во цврста состојба како Nd:YAG (итриум алуминиумски гранат со неодимиум), Nd:YVO4 (итриум ортованадат со неодимиум) или Yb:YAG (итриум алуминиумски гранат допиран со итербиум).
Допинг:Овие материјали се допирани со јони од ретки земји (како Nd или Yb), кои се активни ласерски јони.
Апсорпција и возбуда на енергија:Кога светлото на пумпата од диодниот ласер ќе влезе во медиумот за засилување, јоните на ретките земји ја апсорбираат оваа енергија и се возбудуваат до повисоки енергетски состојби.
Инверзија на населението
Постигнување на инверзија на населението:Клучот за ласерско дејство е да се постигне инверзија на популацијата во медиумот за засилување. Ова значи дека повеќе јони се во возбудена состојба отколку во основна состојба.
Стимулирана емисија:Откако ќе се постигне инверзија на населението, воведувањето на фотон што одговара на енергетската разлика помеѓу возбудената и основната состојба може да ги стимулира возбудените јони да се вратат во основната состојба, испуштајќи фотон во процесот.
Оптички резонатор
Огледала: Средството за засилување е поставено во оптички резонатор, обично формиран од две огледала на секој крај на медиумот.
Повратни информации и засилување: Едно од огледалата е високо рефлектирачко, а другото делумно рефлектира. Фотоните отскокнуваат напред-назад помеѓу овие огледала, стимулирајќи повеќе емисии и засилувајќи ја светлината.
Ласерска емисија
Кохерентна светлина: Фотоните што се емитуваат се кохерентни, што значи дека се во фаза и имаат иста бранова должина.
Излез: делумно рефлектирачкото огледало дозволува дел од оваа светлина да помине низ, формирајќи го ласерскиот зрак што излегува од ласерот DPSS.
Геометрии на пумпање: Странично наспроти крајно пумпање
Метод на пумпање | Опис | Апликации | Предности | Предизвици |
---|---|---|---|---|
Странично пумпање | Светлината на пумпата е воведена нормално на ласерскиот медиум | Ласери со прачка или влакна | Униформна дистрибуција на светлото на пумпата, погодно за апликации со висока моќност | Нерамномерна дистрибуција на засилување, квалитет на пониско светло |
Крај на пумпање | Светлината на пумпата насочена по истата оска како и ласерскиот зрак | Ласери во цврста состојба како Nd:YAG | Униформна дистрибуција на засилување, повисок квалитет на зракот | Комплексно усогласување, помалку ефикасна дисипација на топлина во ласери со висока моќност |
Барања за ефективно светло на пумпата
Услов | Важност | Влијание/Биланс | Дополнителни белешки |
---|---|---|---|
Соодветност на спектарот | Брановата должина мора да одговара на спектарот на апсорпција на ласерскиот медиум | Обезбедува ефикасна апсорпција и ефективна инверзија на популацијата | - |
Интензитет | Мора да биде доволно висока за посакуваното ниво на возбуда | Премногу високите интензитети може да предизвикаат термичко оштетување; премногу ниско нема да постигне инверзија на населението | - |
Квалитет на зракот | Особено критично кај ласерите со крајна пумпа | Обезбедува ефикасно спојување и придонесува за квалитетот на емитуваниот ласерски зрак | Квалитетот на високото светло е од клучно значење за прецизно преклопување на светлината на пумпата и јачината на ласерскиот режим |
Поларизација | Потребни за медиуми со анизотропни својства | Ја подобрува ефикасноста на апсорпцијата и може да влијае на поларизацијата на емитирана ласерска светлина | Може да биде потребна специфична состојба на поларизација |
Интензитет Бучава | Ниските нивоа на бучава се клучни | Флуктуациите во интензитетот на светлината на пумпата може да влијаат на квалитетот и стабилноста на излезниот ласер | Важно за апликации кои бараат висока стабилност и прецизност |
Време на објавување: Декември-01-2023 година