Regjistrohu në mediat tona sociale për postim të shpejtë
Në thelb, pompimi me lazer është procesi i aktivizimit të një mediumi për të arritur një gjendje ku mund të lëshojë dritë lazer. Kjo zakonisht bëhet duke injektuar dritë ose rrymë elektrike në medium, duke ngacmuar atomet e tij dhe duke çuar në emetimin e dritës koherente. Ky proces themelor ka evoluar ndjeshëm që nga ardhja e lazerëve të parë në mesin e shekullit të 20-të.
Ndërsa shpesh modelohet nga ekuacionet e shpejtësisë, pompimi me lazer është në thelb një proces mekanik kuantik. Ai përfshin ndërveprime të ndërlikuara midis fotoneve dhe strukturës atomike ose molekulare të mediumit të fitimit. Modelet e avancuara marrin në konsideratë dukuri si lëkundjet Rabi, të cilat ofrojnë një kuptim më të nuancuar të këtyre ndërveprimeve.
Pompimi me laser është një proces ku energjia, zakonisht në formën e dritës ose rrymës elektrike, i jepet mediumit të fitimit të lazerit për të ngritur atomet ose molekulat e tij në gjendje më të larta të energjisë. Ky transferim energjie është thelbësor për arritjen e përmbysjes së popullsisë, një gjendje ku ngacmohen më shumë grimca sesa në një gjendje energjie më të ulët, duke i mundësuar mediumit të përforcojë dritën nëpërmjet emetimit të stimuluar. Procesi përfshin ndërveprime kuantike të ndërlikuara, shpesh të modeluara përmes ekuacioneve të shpejtësisë ose kornizave më të avancuara mekanike kuantike. Aspektet kryesore përfshijnë zgjedhjen e burimit të pompës (si diodat lazer ose llambat e shkarkimit), gjeometrinë e pompës (pompimi anësor ose fundor) dhe optimizimin e karakteristikave të dritës së pompës (spektri, intensiteti, cilësia e rrezes, polarizimi) për t'iu përshtatur kërkesave specifike të fitojnë të mesme. Pompimi me lazer është thelbësor në lloje të ndryshme lazerash, duke përfshirë lazerët në gjendje të ngurtë, gjysmëpërçues dhe me gaz, dhe është thelbësor për funksionimin efikas dhe efektiv të lazerit.
Varietetet e laserëve me pompë optike
1. Laserë në gjendje të ngurtë me izolatorë të dopuar
· Përmbledhje:Këta lazer përdorin një medium pritës izolues elektrik dhe mbështeten në pompimin optik për të aktivizuar jonet aktive me lazer. Një shembull i zakonshëm është neodymium në lazer YAG.
·Hulumtimet e fundit:Një studim nga A. Antipov et al. diskuton një lazer afër IR në gjendje të ngurtë për pompimin optik me shkëmbim rrotullimi. Ky hulumtim nxjerr në pah përparimet në teknologjinë e lazerit në gjendje të ngurtë, veçanërisht në spektrin afër infra të kuqe, i cili është thelbësor për aplikime si imazhet mjekësore dhe telekomunikimet.
Leximi i mëtejshëm:Një lazer afër IR në gjendje të ngurtë për pompimin optik me shkëmbim rrotullues
2. Lazerë gjysmëpërçues
·Informacion i përgjithshëm: Lazerët gjysmëpërçues me pompë elektrike tipike mund të përfitojnë gjithashtu nga pompimi optik, veçanërisht në aplikacionet që kërkojnë ndriçim të lartë, të tillë si Lazerët që lëshojnë sipërfaqe vertikale të zgavrës së jashtme (VECSEL).
·Zhvillimet e fundit: Puna e U. Keller mbi krehërat e frekuencës optike nga lazerët me gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues ultra të shpejtë ofron njohuri mbi gjenerimin e krehjeve me frekuencë të qëndrueshme nga lazerët me gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues të pompuar me diodë. Ky përparim është i rëndësishëm për aplikimet në metrologjinë e frekuencave optike.
Leximi i mëtejshëm:Krehje me frekuencë optike nga lazer ultra të shpejtë në gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues
3. Lazer me gaz
·Pompimi optik në lazerët e gazit: Disa lloje të lazerëve të gazit, si lazerët e avullit alkali, përdorin pompimin optik. Këta lazer përdoren shpesh në aplikacione që kërkojnë burime koherente drite me veti specifike.
Burimet për pompimin optik
Llambat e shkarkimit: Të zakonshme në lazerët e pompuar me llamba, llambat e shkarkimit përdoren për fuqinë e tyre të lartë dhe spektrin e gjerë. YA Mandryko et al. zhvilloi një model fuqie të gjenerimit të shkarkimit të harkut të impulsit në llambat ksenon të pompimit optik të mediave aktive të lazerëve në gjendje të ngurtë. Ky model ndihmon në optimizimin e performancës së llambave të pompimit me impuls, thelbësor për funksionimin efikas të lazerit.
Diodat me laser:Të përdorura në lazerët e pompuar me diodë, diodat lazer ofrojnë avantazhe si efikasiteti i lartë, madhësia kompakte dhe aftësia për t'u akorduar mirë.
Leximi i mëtejshëm:çfarë është një diodë lazer?
Llambat Flash: Llambat e ndezjes janë burime drite intensive, me spektër të gjerë, që përdoren zakonisht për pompimin e lazerëve në gjendje të ngurtë, si lazerët rubin ose Nd:YAG. Ato ofrojnë një shpërthim drite me intensitet të lartë që eksiton mediumin lazer.
Llambat me hark: Ngjashëm me llambat flash, por të dizajnuara për funksionim të vazhdueshëm, llambat me hark ofrojnë një burim të qëndrueshëm drite intensive. Ato përdoren në aplikime ku kërkohet funksionimi i lazerit me valë të vazhdueshme (CW).
LED (dioda që lëshojnë dritë): Megjithëse nuk janë aq të zakonshme sa diodat lazer, LED-të mund të përdoren për pompim optik në disa aplikacione me fuqi të ulët. Ato janë të favorshme për shkak të jetëgjatësisë së tyre, kostos së ulët dhe disponueshmërisë në gjatësi vale të ndryshme.
Drita e diellit: Në disa instalime eksperimentale, drita e përqendruar e diellit është përdorur si një burim pompë për lazerët me pompë diellore. Kjo metodë shfrytëzon energjinë diellore, duke e bërë atë një burim të rinovueshëm dhe me kosto efektive, megjithëse është më pak i kontrollueshëm dhe më pak intensiv në krahasim me burimet artificiale të dritës.
Dioda laserike të lidhura me fibra: Këto janë dioda lazer të shoqëruara me fibra optike, të cilat dërgojnë dritën e pompës në mënyrë më efikase në mediumin lazer. Kjo metodë është veçanërisht e dobishme në lazerët me fibra dhe në situatat ku shpërndarja e saktë e dritës së pompës është thelbësore.
Lazerë të tjerë: Ndonjëherë, një lazer përdoret për të pompuar një tjetër. Për shembull, një lazer Nd: YAG i dyfishuar me frekuencë mund të përdoret për të pompuar një lazer ngjyrues. Kjo metodë përdoret shpesh kur kërkohen gjatësi vale specifike për procesin e pompimit që nuk arrihet lehtë me burimet konvencionale të dritës.
Lazer në gjendje të ngurtë i pompuar me diodë
Burimi fillestar i energjisë: Procesi fillon me një lazer diodë, i cili shërben si burim i pompës. Lazerët me diodë janë zgjedhur për efikasitetin, madhësinë kompakte dhe aftësinë për të emetuar dritë në gjatësi vale specifike.
Drita e pompës:Lazeri me diodë lëshon dritë që përthithet nga mediumi i fitimit në gjendje të ngurtë. Gjatësia e valës së lazerit të diodës është përshtatur për t'u përshtatur me karakteristikat e absorbimit të mediumit të fitimit.
Gjendje e ngurtëFitimi i Mesëm
Materiali:Mjeti i fitimit në lazerët DPSS është zakonisht një material në gjendje të ngurtë si Nd:YAG (Garnet alumini i ytriumit i dopuar me neodymium), Nd:YVO4 (Yttrium Orthovanadate i dopuar me neodymium) ose Yb:YAG (Garnet alumini i ytriumit i dopuar me yterbium).
Doping:Këto materiale janë të ndotura me jone të tokës së rrallë (si Nd ose Yb), të cilët janë jonet aktivë të lazerit.
Absorbimi dhe ngacmimi i energjisë:Kur drita e pompës nga lazeri i diodës hyn në mjedisin e fitimit, jonet e tokës së rrallë thithin këtë energji dhe eksitohen në gjendje më të larta të energjisë.
Përmbysja e popullsisë
Arritja e përmbysjes së popullsisë:Çelësi i veprimit lazer është arritja e një përmbysjeje të popullsisë në mjedisin e fitimit. Kjo do të thotë se më shumë jone janë në një gjendje të ngacmuar sesa në gjendjen bazë.
Emisioni i stimuluar:Pasi të arrihet përmbysja e popullsisë, futja e një fotoni që korrespondon me diferencën e energjisë midis gjendjes së ngacmuar dhe bazës mund të stimulojë jonet e ngacmuara të kthehen në gjendjen bazë, duke emetuar një foton në proces.
Rezonator optik
Pasqyrat: Mediumi i fitimit vendoset brenda një rezonatori optik, i formuar zakonisht nga dy pasqyra në çdo skaj të mediumit.
Reagimi dhe përforcimi: Njëra nga pasqyrat është shumë reflektuese dhe tjetra është pjesërisht reflektuese. Fotonet kërcejnë përpara dhe mbrapa midis këtyre pasqyrave, duke stimuluar më shumë emetime dhe duke përforcuar dritën.
Emetimi me lazer
Drita koherente: Fotonet që emetohen janë koherente, që do të thotë se janë në fazë dhe kanë të njëjtën gjatësi vale.
Dalja: Pasqyra pjesërisht reflektuese lejon që një pjesë e kësaj drite të kalojë, duke formuar rreze lazer që del nga lazeri DPSS.
Gjeometritë e pompimit: Pompimi anësor kundrejt fundit
| Metoda e pompimit | Përshkrimi | Aplikacionet | Avantazhet | Sfidat |
|---|---|---|---|---|
| Pompimi anësor | Drita e pompës futet pingul me mediumin lazer | Lazer me shufër ose fibër | Shpërndarja uniforme e dritës së pompës, e përshtatshme për aplikime me fuqi të lartë | Shpërndarja jo uniforme e fitimit, cilësi më e ulët e rrezes |
| Fundi i pompimit | Drita e pompës e drejtuar përgjatë të njëjtit bosht si rreze lazer | Lazerët në gjendje të ngurtë si Nd:YAG | Shpërndarja uniforme e fitimit, cilësi më e lartë e rrezes | Shtrirje komplekse, shpërndarje më pak efikase e nxehtësisë në lazer me fuqi të lartë |
Kërkesat për dritën efektive të pompës
| Kërkesa | rëndësi | Ndikimi/Bilanci | Shënime shtesë |
|---|---|---|---|
| Përshtatshmëria e spektrit | Gjatësia e valës duhet të përputhet me spektrin e absorbimit të mediumit lazer | Siguron përthithje efikase dhe përmbysje efektive të popullsisë | - |
| Intensiteti | Duhet të jetë mjaft i lartë për nivelin e dëshiruar të ngacmimit | Intensitetet tepër të larta mund të shkaktojnë dëmtime termike; shumë i ulët nuk do të arrijë përmbysjen e popullsisë | - |
| Cilësia e rrezeve | Veçanërisht kritike në lazerët e pompuar në fund | Siguron bashkim efikas dhe kontribuon në cilësinë e rrezeve lazer të emetuara | Cilësia e rrezeve të larta është thelbësore për mbivendosjen e saktë të vëllimit të dritës së pompës dhe modalitetit lazer |
| Polarizimi | Kërkohet për media me veti anizotropike | Rrit efikasitetin e përthithjes dhe mund të ndikojë në polarizimin e dritës lazer të emetuar | Mund të jetë e nevojshme një gjendje specifike polarizimi |
| Zhurma me intensitet | Nivelet e ulëta të zhurmës janë thelbësore | Luhatjet në intensitetin e dritës së pompës mund të ndikojnë në cilësinë dhe qëndrueshmërinë e daljes së lazerit | E rëndësishme për aplikimet që kërkojnë stabilitet dhe saktësi të lartë |
Koha e postimit: Dhjetor-01-2023