Teken in op ons sosiale media vir vinnige plasing
In wese is laserpomping die proses om 'n medium te aktiveer om 'n toestand te bereik waar dit laserlig kan uitstraal. Dit word tipies gedoen deur lig of elektriese stroom in die medium in te spuit, wat die atome daarvan opwek en lei tot die uitstraling van koherente lig. Hierdie fundamentele proses het aansienlik ontwikkel sedert die koms van die eerste lasers in die middel van die 20ste eeu.
Alhoewel dit dikwels deur tempovergelykings gemodelleer word, is laserpomping fundamenteel 'n kwantummeganiese proses. Dit behels ingewikkelde interaksies tussen fotone en die atoom- of molekulêre struktuur van die versterkingsmedium. Gevorderde modelle oorweeg verskynsels soos Rabi-ossillasies, wat 'n meer genuanseerde begrip van hierdie interaksies bied.
Laserpomping is 'n proses waar energie, tipies in die vorm van lig of elektriese stroom, aan 'n laser se versterkingsmedium verskaf word om sy atome of molekules na hoër energietoestande te verhef. Hierdie energie-oordrag is van kritieke belang om populasie-inversie te bereik, 'n toestand waar meer deeltjies opgewek word as in 'n laer energietoestand, wat die medium in staat stel om lig via gestimuleerde emissie te versterk. Die proses behels ingewikkelde kwantuminteraksies, dikwels gemodelleer deur tempovergelykings of meer gevorderde kwantummeganiese raamwerke. Sleutel aspekte sluit in die keuse van pompbron (soos laserdiodes of ontladingslampe), pompgeometrie (sy- of eindpomping), en die optimalisering van pompligkenmerke (spektrum, intensiteit, straalkwaliteit, polarisasie) om by die spesifieke vereistes van die versterkingsmedium te pas. Laserpomping is fundamenteel in verskeie lasertipes, insluitend vastetoestand-, halfgeleier- en gaslasers, en is noodsaaklik vir die laser se doeltreffende en effektiewe werking.
Variëteite van opties gepompte lasers
1. Vastetoestandlasers met gedoteerde isolators
· Oorsig:Hierdie lasers gebruik 'n elektries isolerende gasheermedium en maak staat op optiese pomping om laser-aktiewe ione te aktiveer. 'n Algemene voorbeeld is neodimium in YAG-lasers.
·Onlangse navorsing:'n Studie deur A. Antipov et al. bespreek 'n vastetoestand naby-infrarooi laser vir spin-uitruiling optiese pomping. Hierdie navorsing beklemtoon die vooruitgang in vastetoestand lasertegnologie, veral in die naby-infrarooi spektrum, wat noodsaaklik is vir toepassings soos mediese beeldvorming en telekommunikasie.
Verdere leeswerk:'n Vastetoestand Naby-IR Laser vir Spin-Uitruil Optiese Pomping
2. Halfgeleierlasers
·Algemene inligting: Tipies elektries gepompte halfgeleierlasers kan ook baat vind by optiese pomping, veral in toepassings wat hoë helderheid vereis, soos Vertikale Eksterne Holte-oppervlakte-emitterende lasers (VECSEL's).
·Onlangse Ontwikkelings: U. Keller se werk oor optiese frekwensiekamme van ultrasnelle vastetoestand- en halfgeleierlasers bied insigte in die generering van stabiele frekwensiekamme van diode-gepompte vastetoestand- en halfgeleierlasers. Hierdie vooruitgang is betekenisvol vir toepassings in optiese frekwensiemetrologie.
Verdere leeswerk:Optiese frekwensiekamme van ultrasnelle vastetoestand- en halfgeleierlasers
3. Gaslasers
·Optiese Pomping in Gaslasers: Sekere tipes gaslasers, soos alkalidamplasers, gebruik optiese pomping. Hierdie lasers word dikwels gebruik in toepassings wat koherente ligbronne met spesifieke eienskappe vereis.
Bronne vir Optiese Pomping
OntladingslampeOntladingslampe, wat algemeen in lampgepompte lasers voorkom, word gebruik vir hul hoë krag en breë spektrum. YA Mandryko et al. het 'n kragmodel van impulsboogontladingsopwekking in aktiewe media optiese pompende xenonlampe van vastetoestandlasers ontwikkel. Hierdie model help om die werkverrigting van impulspomplampe te optimaliseer, wat noodsaaklik is vir doeltreffende laserwerking.
Laserdiodes:Laserdiodes word in diode-gepompte lasers gebruik en bied voordele soos hoë doeltreffendheid, kompakte grootte en die vermoë om fyn ingestel te word.
Verdere leeswerk:Wat is 'n laserdiode?
FlitslampeFlitslampe is intense, breëspektrum ligbronne wat algemeen gebruik word vir die pomp van vastetoestandlasers, soos robyn- of Nd:YAG-lasers. Hulle verskaf 'n hoë-intensiteit liguitbarsting wat die lasermedium opwek.
BooglampeSoortgelyk aan flitslampe, maar ontwerp vir deurlopende werking, bied booglampe 'n bestendige bron van intense lig. Hulle word gebruik in toepassings waar deurlopende golf (CW) laserwerking vereis word.
LED's (Liguitstralende Diodes)Alhoewel dit nie so algemeen soos laserdiodes is nie, kan LED's vir optiese pomping in sekere lae-krag toepassings gebruik word. Hulle is voordelig as gevolg van hul lang lewensduur, lae koste en beskikbaarheid in verskeie golflengtes.
SonligIn sommige eksperimentele opstellings is gekonsentreerde sonlig as 'n pompbron vir sonkrag-gepompte lasers gebruik. Hierdie metode benut sonenergie, wat dit 'n hernubare en koste-effektiewe bron maak, hoewel dit minder beheerbaar en minder intens is in vergelyking met kunsmatige ligbronne.
Veselgekoppelde laserdiodesDit is laserdiodes gekoppel aan optiese vesels, wat die pomplig meer doeltreffend aan die lasermedium lewer. Hierdie metode is veral nuttig in vesellasers en in situasies waar presiese aflewering van pomplig noodsaaklik is.
Ander lasersSoms word een laser gebruik om 'n ander te pomp. Byvoorbeeld, 'n frekwensieverdubbelde Nd:YAG-laser kan gebruik word om 'n kleurstoflaser te pomp. Hierdie metode word dikwels gebruik wanneer spesifieke golflengtes benodig word vir die pompproses wat nie maklik met konvensionele ligbronne bereik kan word nie.
Diode-gepompte vastetoestandlaser
Aanvanklike EnergiebronDie proses begin met 'n diodelaser, wat as die pompbron dien. Diodelasers word gekies vir hul doeltreffendheid, kompakte grootte en vermoë om lig teen spesifieke golflengtes uit te straal.
Pomplig:Die diodelaser straal lig uit wat deur die vastetoestand-winsmedium geabsorbeer word. Die golflengte van die diodelaser word aangepas om by die absorpsie-eienskappe van die winsmedium te pas.
VastetoestandKry Medium
Materiaal:Die versterkingsmedium in DPSS-lasers is tipies 'n vastetoestandmateriaal soos Nd:YAG (Neodymium-gedoteerde Yttrium Aluminium Granaat), Nd:YVO4 (Neodymium-gedoteerde Yttrium Ortovanadaat), of Yb:YAG (Ytterbium-gedoteerde Yttrium Aluminium Granaat).
Doping:Hierdie materiale is gedoteer met seldsame aardione (soos Nd of Yb), wat die aktiewe laserione is.
Energie-absorpsie en opwekking:Wanneer die pomplig van die diodelaser die versterkingsmedium binnedring, absorbeer die seldsame aardione hierdie energie en word opgewek na hoër energietoestande.
Bevolkingsinversie
Bereiking van Bevolkingsinversie:Die sleutel tot laserwerking is om 'n populasie-inversie in die versterkingsmedium te bereik. Dit beteken dat meer ione in 'n opgewekte toestand is as in die grondtoestand.
Gestimuleerde Emissie:Sodra populasie-inversie bereik is, kan die bekendstelling van 'n foton wat ooreenstem met die energieverskil tussen die opgewekte en grondtoestande die opgewekte ione stimuleer om na die grondtoestand terug te keer, en in die proses 'n foton uitstraal.
Optiese Resonator
Spieëls: Die versterkingsmedium word binne 'n optiese resonator geplaas, tipies gevorm deur twee spieëls aan elke kant van die medium.
Terugvoer en Versterking: Een van die spieëls is hoogs weerkaatsend, en die ander is gedeeltelik weerkaatsend. Fotone bons heen en weer tussen hierdie spieëls, wat meer emissies stimuleer en die lig versterk.
Laseremissie
Koherente lig: Die fotone wat uitgestraal word, is koherent, wat beteken dat hulle in fase is en dieselfde golflengte het.
Uitset: Die gedeeltelik weerkaatsende spieël laat van hierdie lig deur, wat die laserstraal vorm wat die DPSS-laser verlaat.
Pompgeometrieë: Sy- teenoor eindpomping
| Pompmetode | Beskrywing | Toepassings | Voordele | Uitdagings |
|---|---|---|---|---|
| Sypomp | Pomplig wat loodreg op die lasermedium ingebring word | Staaf- of vesellasers | Eenvormige verspreiding van pomplig, geskik vir hoë-krag toepassings | Nie-uniforme versterkingsverspreiding, onderste straalkwaliteit |
| Einde van die pomp | Pomplig gerig langs dieselfde as as die laserstraal | Vastetoestandlasers soos Nd:YAG | Eenvormige versterkingsverspreiding, hoër straalkwaliteit | Komplekse belyning, minder doeltreffende hitteverspreiding in hoëkraglasers |
Vereistes vir effektiewe pomplig
| Vereiste | Belangrikheid | Impak/Balans | Bykomende notas |
|---|---|---|---|
| Spektrum Geskiktheid | Golflengte moet ooreenstem met die absorpsiespektrum van die lasermedium | Verseker doeltreffende absorpsie en effektiewe populasie-inversie | - |
| Intensiteit | Moet hoog genoeg wees vir die verlangde opwekkingsvlak | Te hoë intensiteite kan termiese skade veroorsaak; te lae sal nie populasie-inversie bereik nie. | - |
| Straalkwaliteit | Veral krities in eindgepompte lasers | Verseker doeltreffende koppeling en dra by tot die kwaliteit van die uitgestraalde laserstraal | Hoëstraalkwaliteit is noodsaaklik vir presiese oorvleueling van pomplig en lasermodusvolume |
| Polarisasie | Vereis vir media met anisotropiese eienskappe | Verbeter absorpsie-doeltreffendheid en kan uitgestraalde laserligpolarisasie beïnvloed | Spesifieke polarisasietoestand mag nodig wees |
| Intensiteitsgeraas | Lae geraasvlakke is noodsaaklik | Skommelings in die intensiteit van die pomplig kan die kwaliteit en stabiliteit van die laseruitset beïnvloed. | Belangrik vir toepassings wat hoë stabiliteit en presisie vereis |
Plasingstyd: 1 Desember 2023