Abonējiet mūsu sociālos medijus, lai saņemtu uzvedni
Tā būtībā lāzera sūknēšana ir barotnes enerģijas process, lai sasniegtu stāvokli, kurā tā var izstarot lāzera gaismu. Parasti to dara, ievadot gaismu vai elektrisko strāvu barotnē, aizraujot tā atomus un izraisot koherentas gaismas emisiju. Šis pamata process ir ievērojami attīstījies kopš pirmo lāzeru parādīšanās 20. gadsimta vidū.
Lai arī lāzera sūknēšana bieži ir modelēta pēc ātruma vienādojumiem, tas ir kvantu mehānisks process. Tas ietver sarežģītu mijiedarbību starp fotoniem un pastiprinājuma barotnes atomu vai molekulāro struktūru. Papildu modeļi apsver tādas parādības kā Rabi svārstības, kas nodrošina niansētāku izpratni par šo mijiedarbību.
Lāzera sūknēšana ir process, kurā enerģija, parasti gaismas vai elektriskās strāvas veidā, tiek piegādāta lāzera pastiprināšanas barotnei, lai paaugstinātu tā atomus vai molekulas augstākas enerģijas stāvokļos. Šī enerģijas pārnešana ir izšķiroša, lai sasniegtu populācijas inversiju - stāvokli, kurā vairāk daļiņu tiek ierosināts nekā zemākā enerģijas stāvoklī, ļaujot barotnei pastiprināt gaismu, izmantojot stimulētu emisiju. Process ietver sarežģītu kvantu mijiedarbību, ko bieži modelē, izmantojot ātruma vienādojumus vai uzlabotus kvantu mehāniskos ietvarus. Galvenie aspekti ir sūkņa avota (piemēram, lāzera diožu vai izlādes lampas) izvēle, sūkņa ģeometrija (sānu vai gala sūknēšana) un sūkņa gaismas raksturlielumu (spektrs, intensitāte, staru kvalitāte, polarizācija) optimizācija, lai atbilstu pastiprinājuma barotnes īpašajām prasībām. Lāzera sūknēšana ir būtiska dažādos lāzera veidos, ieskaitot cietvielu, pusvadītāju un gāzes lāzerus, un tā ir būtiska lāzera efektīvai un efektīvai darbībai.
Optiski sūknētu lāzeru šķirnes
1. Cietvielu lāzeri ar leģētiem izolatoriem
· Pārskats:Šie lāzeri izmanto elektriski izolējošu saimnieka barotni un paļaujas uz optisko sūknēšanu, lai aktivizētu lāzera aktīvos jonus. Parasts piemērs ir neodīms yag lāzeros.
·Jaunākie pētījumi:A. Antipov et al. apspriež cietvielu tuvu IR lāzeru spin-apmaiņas optiskajai sūknēšanai. Šis pētījums izceļ sasniegumus cietvielu lāzera tehnoloģijā, jo īpaši tuvās infrasarkanā spektra, kas ir būtiska tādām lietojumprogrammām kā medicīniska attēlveidošana un telekomunikācijas.
Turpmāka lasīšana:Cietā stāvokļa tuvu IR lāzers spin-apmaiņas optiskajai sūknēšanai
2. Pusvadītāju lāzeri
·Vispārīga informācija: Parasti elektriski sūknēti, pusvadītāju lāzeri var gūt labumu arī no optiskās sūknēšanas, īpaši lietojumos, kuriem nepieciešams augsts spilgtums, piemēram, vertikāla ārējā dobuma virsma, kas izstaro lāzerus (Vecseles).
·Jaunākie notikumi: U. Kellera darbs pie optiskās frekvences ķemmēm no īpaši ātru cietvielu un pusvadītāju lāzeriem sniedz ieskatu stabilu frekvences ķemmju veidošanā no diodes sūknētiem cietvielu un pusvadītāju lāzeriem. Šis progress ir nozīmīgs optiskās frekvences metroloģijas pielietojumos.
Turpmāka lasīšana:Optiskās frekvences ķemmes no īpaši ātru cietvielu un pusvadītāju lāzeriem
3. Gāzes lāzeri
·Optiskā sūknēšana gāzes lāzeros: dažu veidu gāzes lāzeri, piemēram, sārmu tvaiku lāzeri, izmanto optisko sūknēšanu. Šos lāzerus bieži izmanto lietojumprogrammās, kuriem nepieciešami koherenti gaismas avoti ar īpašām īpašībām.
Optiskās sūknēšanas avoti
Izlādes lampas: Bieži sastopamie lampu lāzeriem, to lielā jaudai un plašajam spektram tiek izmantotas izlādes lampas. Ya Mandryko et al. Izstrādāja impulsa loka izlādes ģenerēšanas jaudas modeli aktīvajā vidē optiskā sūknēšanas ksenona lampas cietvielu lāzeriem. Šis modelis palīdz optimizēt impulsu sūknēšanas lukturu veiktspēju, kas ir būtiska efektīvai lāzera darbībai.
Lāzera diodes:Lāzera diodes, ko izmanto diodes sūknētos lāzeros, piedāvā tādas priekšrocības kā augsta efektivitāte, kompaktais lielums un spēja būt smalki noregulētai.
Turpmāka lasīšana:Kas ir lāzera diode?
Zibspuldzes: Zibspuldzes ir intensīvas, plaša spektra gaismas avoti, ko parasti izmanto cietvielu lāzeru sūknēšanai, piemēram, rubīns vai ND: YAG lāzeri. Tie nodrošina augstas intensitātes gaismas pārrāvumu, kas aizrauj lāzera barotni.
Loka lampas: Līdzīgi kā zibspuldzes, bet kas ir paredzētas nepārtrauktai darbībai, loka lampas piedāvā vienmērīgu intensīvas gaismas avotu. Tos izmanto lietojumos, kur nepieciešama nepārtraukta viļņa (CW) lāzera darbība.
Gaismas diodes (gaismas izstarojošās diodes): Lai arī tas nav tik izplatīts kā lāzera diodes, gaismas diodes var izmantot optiskai sūknēšanai noteiktos mazjaudas lietojumos. Tie ir izdevīgi, pateicoties ilgajam kalpošanai, zemām izmaksām un pieejamībai dažādos viļņu garumos.
Saules gaisma: Dažos eksperimentālos iestatījumos koncentrēta saules gaisma ir izmantota kā sūkņa avots saules sūknētiem lāzeriem. Šī metode izmanto saules enerģiju, padarot to par atjaunojamu un rentablu avotu, kaut arī tā ir mazāk kontrolējama un mazāk intensīva, salīdzinot ar mākslīgo gaismas avotiem.
Ar šķiedru savienotās lāzera diodes: Tās ir lāzera diodes, kas savienotas ar optiskajām šķiedrām, kas sūkņa gaismu efektīvāk nodrošina lāzera barotnei. Šī metode ir īpaši noderīga šķiedru lāzeros un situācijās, kad ir izšķiroša precīza sūkņa gaismas piegāde.
Citi lāzeri: Dažreiz viens lāzers tiek izmantots cita sūknēšanai. Piemēram, krāsvielu lāzera sūknēšanai var izmantot frekvences buljonu ND: YAG lāzeru. Šo metodi bieži izmanto, ja sūknēšanas procesam ir nepieciešami īpaši viļņu garumi, kas nav viegli sasniedzami ar parastajiem gaismas avotiem.
Diodes sūknis cieta stāvokļa lāzers
Sākotnējais enerģijas avots: Process sākas ar diodes lāzeru, kas kalpo kā sūkņa avots. Diodes lāzeri tiek izvēlēti to efektivitātes, kompaktā lieluma un spējas spējai izstarot gaismu noteiktos viļņu garumos.
Sūkņa gaisma:Diodes lāzers izstaro gaismu, ko absorbē cietā stāvokļa pastiprinājuma vide. Diodes lāzera viļņa garums ir pielāgots tā, lai tas atbilstu pastiprinājuma barotnes absorbcijas īpašībām.
Cieta stāvokļaIegūt vidēju
Materiāls:DPSS lāzeru pastiprināšanas barotne parasti ir cieta stāvokļa materiāls, piemēram, ND: YAG (neodīma leģēts yttrium alumīnija granāts), nd: yvo4 (neodīms-leģēts yttrium orthovanadate), vai yb: yag (ytterbium-doped yttrium aluminum garnet).
Dopings:Šie materiāli ir leģēti ar retzemju joniem (piemēram, ND vai YB), kas ir aktīvie lāzera joni.
Enerģijas absorbcija un ierosme:Kad sūkņa gaisma no diodes lāzera nonāk pastiprināšanas barotnē, retās zemes joni absorbē šo enerģiju un satraukti par augstāku enerģijas stāvokļiem.
Iedzīvotāju skaita inversija
Iedzīvotāju inversijas sasniegšana:Lāzera darbības atslēga ir iedzīvotāju skaita apgrieziena sasniegšana ieguvumu vidē. Tas nozīmē, ka vairāk jonu ir satraukti nekā pamata stāvoklī.
Stimulēta emisija:Kad populācijas apgriezieni ir sasniegti, fotona ieviešana, kas atbilst enerģijas starpībai starp ierosināto un zemes stāvokļiem, var stimulēt satraukto jonu atgriešanos zemes stāvoklī, izstarojot fotonu šajā procesā.
Optiskais rezonators
Spoguļi: pastiprināšanas barotni novieto optiskā rezonatora iekšpusē, ko parasti veido divi spoguļi katrā barotnes galā.
Atsauksmes un pastiprināšana: viens no spoguļiem ir ļoti atstarojošs, bet otrs ir daļēji atstarojošs. Fotoni atlec uz priekšu un atpakaļ starp šiem spoguļiem, stimulējot vairāk emisijas un pastiprinot gaismu.
Lāzera emisija
Saskaņota gaisma: izstarotie fotoni ir saskaņoti, kas nozīmē, ka tie ir fāzē un kuriem ir vienāds viļņa garums.
Izvade: daļēji atstarojošais spogulis ļauj iziet no šīs gaismas, veidojot lāzera staru, kas iziet no DPSS lāzera.
Ģeometriju sūknēšana: sānu pret gala sūknēšanu
Sūknēšanas metode | Apraksts | Pieteikumi | Priekšrocības | Izaicinājumi |
---|---|---|---|---|
Sānu sūknēšana | Sūkņa gaisma ieviesa perpendikulāri lāzera barotnei | Stieņa vai šķiedru lāzeri | Vienots sūkņa gaismas sadalījums, piemērots lieljaudas lietojumiem | NEVAINĪGA IZGLĪTĪBAS SADARBĪBA, zemāka staru kvalitāte |
Beigu sūknēšana | Sūkņa gaisma, kas vērsta pa to pašu asi kā lāzera stars | Cietvielu lāzeri, piemēram, ND: YAG | Vienots pieauguma sadalījums, augstāka staru kvalitāte | Sarežģīta izlīdzināšana, mazāk efektīva karstuma izkliede lieljaudas lāzeros |
Efektīvās sūkņa gaismas prasības
Prasība | Nozīme | Ietekme/līdzsvars | Papildu piezīmes |
---|---|---|---|
Spektra piemērotība | Viļņa garumam jāatbilst lāzera barotnes absorbcijas spektram | Nodrošina efektīvu absorbciju un efektīvu iedzīvotāju skaitu | - |
Intensitāte | Jābūt pietiekami augstam vēlamajam ierosmes līmenim | Pārmērīga intensitāte var izraisīt termisku bojājumu; Pārāk zems nesasniegs iedzīvotāju skaitu | - |
Staru kvalitāte | Īpaši kritisks lāzeros ar galu galā | Nodrošina efektīvu savienojumu un veicina lāzera staru kvalitāti | Augsta staru kvalitāte ir būtiska, lai precīzi pārklātu sūkņa gaismas un lāzera režīma tilpumu |
Polarizācija | Nepieciešams plašsaziņas līdzekļiem ar anizotropām īpašībām | Uzlabo absorbcijas efektivitāti un var ietekmēt izstaroto lāzera gaismas polarizāciju | Var būt nepieciešams īpašs polarizācijas stāvoklis |
Intensitātes troksnis | Zems trokšņa līmenis ir izšķirošs | Sūkņa gaismas intensitātes svārstības var ietekmēt lāzera izejas kvalitāti un stabilitāti | Svarīgi lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta stabilitāte un precizitāte |
Pasta laiks: Dec-01-2023