Што е оптичко пумпање кај ласер?

Претплатете се на нашите социјални медиуми за брзи објави

Во својата суштина, ласерското пумпање е процес на енергизирање на медиум за да се постигне состојба каде што може да емитува ласерска светлина. Ова обично се прави со вбризгување 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 на брзина, ласерското пумпање е фундаментално квантно-механички процес. Вклучува сложени интеракции помеѓу фотоните и атомската или молекуларната структура на медиумот за засилување. Напредните модели ги земаат предвид феномените како што се Рабиевите осцилации, кои овозможуваат понијансирано 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 во повисоки енергетски состојби. Овој пренос на енергија е клучен за постигнување на инверзија на популацијата, состојба каде што повеќе честички се возбудени отколку во пониска енергетска состојба, овозможувајќи му на медиумот да ја засили светлината преку стимулирана емисија. Процесот вклучува сложени квантни интеракции, често моделирани преку равенки на брзина или понапредни квантно-механички рамки. Клучните аспекти вклучуваат избор на извор на пумпа (како ласерски диоди или празнечки ламби), геометрија на пумпата (странично или крајно пумпање) и оптимизација на карактеристиките на светлината на пумпата (спектар, интензитет, квалитет на зракот, поларизација) за да се усогласат со специфичните барања на медиумот за засилување. Ласерското пумпање е фундаментално кај различни типови ласери, вклучувајќи ласери во цврста состојба, полупроводнички и гасни ласери, и е од суштинско значење за ефикасно и ефективно работење на ласерот.

Видови на оптички пумпани ласери

 

1. Ласери во цврста состојба со допирани изолатори

· Преглед:Овие ласери користат електрично изолирана средина домаќин и се потпираат на оптичко пумпање за да ги напојуваат ласерски активните јони. Чест пример е неодиумот во YAG ласерите.

·Неодамнешни истражувања:Студијата на А. Антипов и сор. дискутира за ласер во цврста состојба во близина на инфрацрвеното зрачење за оптичко пумпање со размена на спинови. Ова истражување ги истакнува напредоците во технологијата на ласер во цврста состојба, особено во спектарот во близок инфрацрвен спектар, што е клучно за апликации како што се медицинско снимање и телекомуникации.

Дополнително читање:Цврст ласер во близина на инфрацрвено зрачење за оптичко пумпање со размена на спин

2. Полупроводнички ласери

·Општи информации: Типично електрично пумпаните, полупроводничките ласери можат да имаат корист и од оптичко пумпање, особено во апликации што бараат висока осветленост, како што се вертикалните надворешни шуплински емитирачки ласери (VECSEL).

·Неодамнешни случувања: Работата на У. Келер на оптички фреквентни чешли од ултрабрзи цврсти и полупроводнички ласери дава увид во генерирањето на стабилни фреквентни чешли од диодно-пумпани цврсти и полупроводнички ласери. Овој напредок е значаен за апликациите во оптичката фреквентна метрологија.

Дополнително читање:Оптички фреквентни чешли од ултрабрзи цврсти и полупроводнички ласери

3. Гасни ласери

·Оптичко пумпање кај гасни ласери: Одредени видови гасни ласери, како што се ласерите со алкална пареа, користат оптичко пумпање. Овие ласери често се користат во апликации за кои се потребни кохерентни извори на светлина со специфични својства.

 

 

Извори за оптичко пумпање

Ламби за празнењеВообичаено кај ласерите со ламба, празнечките ламби се користат поради нивната висока моќност и широк спектар. ЈА Мандрико и сор. развија модел на моќност на генерирање на импулсно лачно празнење во оптички ксенонски ламби со активна средина на ласери во цврста состојба. Овој модел помага да се оптимизираат перформансите на импулсните ламби, што е клучно за ефикасно работење на ласерот.

Ласерски диоди:Користени во диодно-пумпани ласери, ласерските диоди нудат предности како што се висока ефикасност, компактна големина и можност за фино подесување.

Дополнително читање:Што е ласерска диода?

Флеш ламбиФлеш-ламбите се интензивни извори на светлина со широк спектар кои најчесто се користат за пумпање ласери во цврста состојба, како што се рубин или Nd:YAG ласери. Тие обезбедуваат излив на светлина со висок интензитет што го возбудува ласерскиот медиум.

Лачни ламбиСлични на блиц ламбите, но дизајнирани за континуирано работење, лачните ламби нудат постојан извор на интензивна светлина. Тие се користат во апликации каде што е потребна континуирана (CW) ласерска работа.

LED диоди (диоди што емитуваат светлина)Иако не се толку чести како ласерските диоди, LED диодите можат да се користат за оптичко пумпање во одредени апликации со мала потрошувачка на енергија. Тие се предности поради нивниот долг век на траење, ниската цена и достапноста во различни бранови должини.

Сончева светлинаВо некои експериментални поставувања, концентрирана сончева светлина е користена како извор на пумпа за ласери со соларна пумпа. Овој метод ја користи сончевата енергија, што ја прави обновлив и економичен извор, иако е помалку контролирана и помалку интензивна во споредба со вештачките извори на светлина.

Ласерски диоди поврзани со влакнаОва се ласерски диоди поврзани со оптички влакна, кои поефикасно ја доставуваат светлината на пумпата до ласерскиот медиум. Овој метод е особено корисен кај фибер ласери и во ситуации каде што прецизното доставување на светлината на пумпата е клучно.

Други ласериПонекогаш, еден ласер се користи за пумпање на друг. На пример, двојно фреквенциски Nd:YAG ласер 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 конвенционални извори на светлина. 

 

Диодно-пумпан ласер во цврста состојба

Почетен извор на енергијаПроцесот започнува со диоден ласер, кој служи како извор на пумпа. Диодните ласери се избираат поради нивната ефикасност, компактна големина и способност да емитуваат светлина на специфични бранови должини.

Светло на пумпата:Диодниот ласер емитува светлина што се апсорбира од медиумот за засилување во цврста состојба. Брановата должина на диодниот ласер е прилагодена за да одговара на карактеристиките на апсорпција на медиумот за засилување.

Цврста состојбаСредно засилување

Материјал:Медиумот за засилување кај DPSS ласерите е обично материјал во цврста состојба како Nd:YAG (итриумски гранат допиран со неодимиум), Nd:YVO4 (итриум ортованадат допиран со неодимиум) или Yb:YAG (итриумски гранат допиран со итербиум).

Допинг:Овие материјали се допирани со јони на ретки земи (како Nd или Yb), кои се активните ласерски јони.

 

Апсорпција на енергија и возбуда:Кога пумпата светлина од диодниот ласер влегува во медиумот за засилување, ретките земни јони ја апсорбираат оваа енергија и се возбудуваат во повисоки енергетски состојби.

Инверзија на популацијата

Постигнување на инверзија на популацијата:Клучот за ласерското дејство е постигнување на инверзија на популацијата во медиумот за засилување. Ова значи дека повеќе јони се во возбудена состојба отколку во основна.

Стимулирана емисија:Откако ќе се постигне инверзија на популацијата, 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, емитувајќи фотон во процесот.

 

Оптички резонатор

Огледала: Медиумот за засилување е поставен во оптички резонатор, обично формиран од две огледала на секој крај од медиумот.

Повратна информација и засилување: Едното од огледалата е многу рефлективно, а другото е делумно рефлективно. Фотоните отскокнуваат напред-назад помеѓу овие огледала, стимулирајќи повеќе емисии и засилувајќи ја светлината.

 

Ласерска емисија

Кохерентна светлина: Фотоните што се емитираат 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 него, формирајќи го ласерскиот зрак што излегува од DPSS ласерот.

 

Геометрии на пумпање: странично наспроти крајно пумпање

 

Метод на пумпање Опис Апликации Предности Предизвици
Странично пумпање Светлина на пумпата воведена нормално на ласерскиот медиум Ласери со прачка или влакна Рамномерна распределба на светлината на пумпата, погодна за апликации со голема моќност Нерамномерна распределба на засилување, понизок квалитет на зракот
Крај на пумпањето Светлината на пумпата е насочена по истата оска како и ласерскиот зрак Ласери во цврста состојба како Nd:YAG Рамномерна распределба на засилување, повисок квалитет на зракот Комплексно усогласување, помалку ефикасно дисипација на топлина кај ласери со голема моќност

Барања за ефективна светлина на пумпата

 

Барање Важност Влијание/рамнотежа 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 високо за посакуваното ниво на возбуда Премногу високите интензитети можат да предизвикаат термичко оштетување; премногу ниските интензитети нема да постигнат инверзија на популацијата. -
Квалитет на гредата Особено критично кај ласери со крајно пумпање Обезбедува ефикасно спојување и придонесува за квалитетот на емитираниот ласерски зрак Квалитетот на долгото светло е клучен за прецизно преклопување на јачината на светлината на пумпата и јачината на звукот на ласерскиот режим.
Поларизација Потребно за медиуми со анизотропни својства Ја подобрува ефикасноста на апсорпција и може да влијае на поларизацијата на емитираната ласерска светлина Може да биде потребна специфична состојба на поларизација
Интензитет на шум Ниските нивоа на бучава се клучни Флуктуациите во интензитетот на светлината на пумпата можат да влијаат на квалитетот и стабилноста на ласерскиот излез Важно за апликации што бараат висока стабилност и прецизност
Поврзана ласерска апликација
Поврзани производи

Време на објавување: 01.12.2023