Підпишіться на наші соціальні медіа для оперативної публікації
По суті, лазерна накачування - це процес енергійного середовища для досягнення стану, де воно може випромінювати лазерне світло. Зазвичай це робиться шляхом введення світла або електричного струму в середовище, захоплюючи його атоми і призводять до викиду цілісного світла. Цей основоположний процес значно розвивався з появи перших лазерів у середині 20 століття.
Незважаючи на те, що часто моделюється рівняннями швидкості, лазерна накачування є принципово квантовим механічним процесом. Він передбачає складні взаємодії між фотонами та атомною або молекулярною структурою посилення середовища. Розширені моделі розглядають такі явища, як коливання Рабі, які забезпечують більш нюансове розуміння цих взаємодій.
Лазерна накачування - це процес, коли енергія, як правило, у вигляді світла або електричного струму, постачається до середнього середовища лазера для підвищення його атомів або молекул у більш високі енергетичні стани. Цей передача енергії має вирішальне значення для досягнення інверсії популяції - стан, де більше частинок збуджується, ніж у меншому енергетичному стані, що дозволяє середовищу посилити світло за допомогою стимульованого викиду. Процес включає складні квантові взаємодії, часто моделюється за допомогою рівнянь швидкості або більш вдосконалених квантових механічних рамок. Основні аспекти включають вибір джерела насоса (наприклад, лазерні діоди або розрядні світильники), геометрію насоса (бічна або кінцева насос) та оптимізація характеристик світла насоса (спектр, інтенсивність, якість променя, поляризація), щоб відповідати конкретним вимогам середовища посилення. Лазерна накачування є основним для різних типів лазерних типів, включаючи твердий стан, напівпровідник та газові лазери, і є важливим для ефективної та ефективної роботи лазера.
Сорти оптично накачаних лазерів
1. Твердотільні лазери з легованими ізоляторами
· Огляд:Ці лазери використовують електрично ізоляційну середовище господаря і покладаються на оптичну накачування для енергійного лазерно-активного іонів. Поширений приклад - неодим у лазерах YAG.
·Останні дослідження:Дослідження А. Антипов та ін. Обговорює твердотійний лазер, що знаходиться майже в ІЧ, для спіно-обмінного оптичного перекачування. Це дослідження підкреслює прогрес у твердотільній лазерній технології, особливо в майже інфрачервоному спектрі, що має вирішальне значення для таких застосувань, як медичні візуалізації та телекомунікації.
Подальше читання:Твердотійний лазер, що знаходиться майже в ІЧ-ІЧ
2. Напівпровідникові лазери
·Загальна інформація: Зазвичай електрично накачані, напівпровідникові лазери також можуть отримати користь від оптичного перекачування, особливо у застосуванні, що потребують високої яскравості, таких як вертикальна зовнішня порожнина, що випромінюють лазери (Vecsels).
·Останні розробки: Робота США над оптичними гребінцями з ультрашвидких твердотільних та напівпровідникових лазерів дає уявлення про генерацію стабільних гребінців частоти з твердотільних та напівпровідникових лазерів. Це просування є важливим для застосувань в метрології оптичної частоти.
Подальше читання:Оптичні гребінці з ультрашвидким твердотільним та напівпровідниковим лазерами
3. Газові лазери
·Оптичне перекачування в газових лазерах: певні види газових лазерів, як -от лазери з лужними парами, використовують оптичну накачування. Ці лазери часто використовуються в додатках, що вимагають узгоджених джерел світла з конкретними властивостями.
Джерела для оптичного накачування
Розряджені світильники: Поширений у лазерах, що наситують лампом, для їх великої потужності та широкого спектру використовуються розрядні світильники. Ya Mandryko та ін. Розробка потужної моделі генерування розряду імпульсної дуги в активних медіа оптичних ксенонових лампах твердотільних лазерів. Ця модель допомагає оптимізувати продуктивність імпульсних насосних світильників, що має вирішальне значення для ефективної роботи лазера.
Лазерні діоди:Використовується в лазерах, що накачували діодами, лазерні діоди пропонують такі переваги, як висока ефективність, компактний розмір та здатність бути дрібно налаштованими.
Подальше читання:Що таке лазерний діод?
Флеш -лампи: Флеш-світильники-це інтенсивні джерела світла широкого спектру дії, які зазвичай використовуються для перекачування твердотільних лазерів, таких як Ruby або ND: YAG лазери. Вони забезпечують сплеск світла високої інтенсивності, який збуджує лазерне середовище.
Дугові лампи: Подібно до спалахів, але розроблених для безперервної роботи, дугові світильники пропонують постійне джерело інтенсивного світла. Вони використовуються в програмах, де потрібна безперервна хвильова (CW) лазерна робота.
Світлодіоди (світлодіодні діоди): Хоча не так поширені, як лазерні діоди, світлодіоди можуть використовуватися для оптичного перекачування в певних застосуванні з низькою потужністю. Вони вигідні через довге життя, низьку вартість та доступність у різних довжинах хвиль.
Сонячне світло: У деяких експериментальних налаштуваннях концентроване сонячне світло використовувалося як джерело насоса для сонячних міхурних лазерів. Цей метод використовує сонячну енергію, що робить її відновлюваним та економічно вигідним джерелом, хоча воно є менш керованим та менш інтенсивним порівняно зі штучними джерелами світла.
Лазерні діоди, пов'язані з волоконами: Це лазерні діоди, поєднані з оптичними волокнами, які більш ефективно доставляють світло насосів до лазерного середовища. Цей метод особливо корисний у волоконних лазерах та в ситуаціях, коли точна доставка світла насоса має вирішальне значення.
Інші лазери: Іноді один лазер використовується для перекачування іншого. Наприклад, для перекачування лазера барвника може бути використаний лазер ND: YAG. Цей метод часто використовується, коли для процесу насосів необхідні конкретні довжини хвилі, який не легко досягається за допомогою звичайних джерел світла.
Діод-присушений твердий лазер
Початкове джерело енергії: Процес починається з діодного лазера, який служить джерелом насоса. Діодні лазери вибираються для їх ефективності, компактного розміру та здатності випромінювати світло на конкретних довжинах хвиль.
Насосне світло:Діодний лазер випромінює світло, яке поглинається середовищем посилення твердого статусу. Довжина хвилі діода -лазера розроблена відповідно до характеристик поглинання середовища посилення.
ТвердотійнийОтримати середній
Матеріал:Середовище посилення в лазерах DPSS, як правило, є твердим матеріалом, таким як ND: YAG (алюмінієвий гранат з неодимієм), ND: YVO4 (ytterium yttrium Orthtovanadate), або YAG (YAG (ytterbium yttrium aluminum Garnet).
Допінг:Ці матеріали лежать до рідкісних іонів (наприклад, ND або YB), які є активними лазерними іонами.
Поглинання та збудження енергії:Коли світло насосів з діодного лазера потрапляє в середовище посилення, іони рідкісних земель поглинають цю енергію і збуджуються до більш високих енергетичних станів.
Інверсія населення
Досягнення інверсії населення:Ключовим фактором до лазерної дії є досягнення інверсії населення в середовищі прибутку. Це означає, що в збудженому стані більше іонів, ніж у основному стані.
Стимульоване випромінювання:Після досягнення інверсії населення введення фотона, що відповідає різниці енергії між збудженими та земливими станами, може стимулювати збуджених іонів повернутися до основного стану, випромінюючи фотон у процесі.
Оптичний резонатор
Дзеркала: Середовище посилення розміщується всередині оптичного резонатора, як правило, утворюється двома дзеркалами на кожному кінці середовища.
Зворотній зв'язок та посилення: Одне з дзеркал є високо відбиваючим, а другий частково відбиває. Фотони відскакують туди -сюди між цими дзеркалами, стимулюючи більше викидів і посилюючи світло.
Лазерне випромінювання
Когерентне світло: фотони, які випромінюються, є узгодженими, тобто вони знаходяться у фазі і мають однакову довжину хвилі.
Вихід: Частково відбиваюче дзеркало дозволяє проникнути частину цього світла, утворюючи лазерний промінь, який виходить з лазера DPSS.
Накачання геометрії: сторона проти кінцевого накачування
| Метод накачування | Опис | Заявки | Переваги | Виклики |
|---|---|---|---|---|
| Бічна накачування | Насосне світло вводиться перпендикулярно до лазерного середовища | Лазери стрижня або волокна | Рівномірний розподіл насосного світла, підходить для застосувань з високою потужністю | Неоднорідний розподіл посилення, менша якість променя |
| Кінцева накачування | Насос світло, спрямоване вздовж тієї ж осі, що і лазерний промінь | Твердодержавні лазери, такі як ND: YAG | Рівномірний розподіл посилення, більша якість променя | Складне вирівнювання, менш ефективне розсіювання тепла у потужних лазерах |
Вимоги до ефективного насосного світла
| Вимога | Важливість | Вплив/баланс | Додаткові нотатки |
|---|---|---|---|
| Придатність спектру | Довжина хвилі повинна відповідати спектру поглинання лазерного середовища | Забезпечує ефективне поглинання та ефективну інверсію населення | - |
| Інтенсивність | Повинен бути досить високим для бажаного рівня збудження | Надмірно високі інтенсивності можуть спричинити теплову шкоду; Занадто низька не досягне інверсії населення | - |
| Якість променя | Особливо критично критично в кінцевому підсумок лазери | Забезпечує ефективне з'єднання та сприяє випромінюванню якості лазерного променя | Висока якість променя має вирішальне значення для точного перекриття світла насоса та об'єму лазерного режиму |
| Поляризація | Необхідні для засобів масової інформації з анізотропними властивостями | Підвищує ефективність поглинання і може впливати на випромінювання лазерного світла поляризація | Може бути необхідний конкретний стан поляризації |
| Шум інтенсивності | Низький рівень шуму має вирішальне значення | Коливання інтенсивності світла насоса можуть впливати | Важливо для додатків, що потребують високої стабільності та точності |
Час посади: грудень-01-2023