Regjistrohuni në rrjetet tona sociale për postime të shpejta
Në thelb, pompimi me lazer është procesi i energjizimit të një mediumi për të arritur një gjendje ku ai mund të lëshojë dritë lazeri. 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.
Edhe pse shpesh modelohet nga ekuacionet e shpejtësisë, pompimi me lazer është në thelb një proces kuantik-mekanik. Ai përfshin ndërveprime të ndërlikuara midis fotoneve dhe strukturës atomike ose molekulare të mediumit të fitimit. Modelet e përparuara marrin në konsideratë fenomene si lëkundjet e Rabi-t, të cilat ofrojnë një kuptim më të nuancuar të këtyre ndërveprimeve.
Pompimi me lazer është një proces ku energjia, zakonisht në formën e dritës ose rrymës elektrike, furnizohet në një medium fitimi të lazerit për të ngritur atomet ose molekulat e tij në gjendje më të larta energjie. Ky transferim energjie është thelbësor për arritjen e inversionit të popullatës, një gjendje ku më shumë grimca ngacmohen sesa në një gjendje më të ulët energjie, duke i mundësuar mediumit të amplifikojë dritën nëpërmjet emetimit të stimuluar. Procesi përfshin ndërveprime kuantike të ndërlikuara, shpesh të modeluara nëpërmjet 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'u përputhur me kërkesat specifike të mediumit fitimi. Pompimi me lazer është themelor në lloje të ndryshme lazerësh, duke përfshirë lazerët në gjendje të ngurtë, gjysmëpërçues dhe gaz, dhe është thelbësor për funksionimin efikas dhe efektiv të lazerit.
Varietetet e lazerëve me pompë optike
1. Lazerë në gjendje të ngurtë me izolatorë të dopuar
· Përmbledhje:Këta lazerë përdorin një medium pritës që izolon elektrikisht dhe mbështeten në pompimin optik për të aktivizuar jonet aktive ndaj lazerit. Një shembull i zakonshëm është neodimi në lazerët YAG.
·Hulumtime të fundit:Një studim nga A. Antipov et al. diskuton një lazer afër-IR në gjendje të ngurtë për pompimin optik me shkëmbim spini. Ky hulumtim nxjerr në pah përparimet në teknologjinë e lazerit në gjendje të ngurtë, veçanërisht në spektrin afër-infra të kuq, i cili është thelbësor për aplikime si imazheria mjekësore dhe telekomunikacioni.
Lexime të mëtejshme:Një lazer afër-IR në gjendje të ngurtë për pompimin optik të shkëmbimit të spinit
2. Lazerë gjysmëpërçues
·Informacion i përgjithshëm: Lazerët gjysmëpërçues, zakonisht të pompuar elektrikisht, mund të përfitojnë gjithashtu nga pompimi optik, veçanërisht në aplikimet që kërkojnë shkëlqim të lartë, siç janë Lazerët Vertikalë me Zgavër të Jashtme Sipërfaqësore (VECSEL).
·Zhvillimet e fundit: Puna e U. Keller mbi krehërat e frekuencës optike nga lazerët ultra të shpejtë në gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues ofron njohuri mbi gjenerimin e krehërave të frekuencës së qëndrueshme nga lazerët në gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues me pompë diode. Ky përparim është i rëndësishëm për aplikimet në metrologjinë e frekuencës optike.
Lexime të mëtejshme:Krehëra frekuencash optike nga lazerë ultra të shpejtë në gjendje të ngurtë dhe gjysmëpërçues
3. Lazerë me gaz
·Pompimi optik në lazerët e gazit: Disa lloje lazerësh gazi, si lazerët me avull alkali, përdorin pompimin optik. Këta lazerë përdoren shpesh në aplikime që kërkojnë burime drite koherente me veti specifike.
Burime për Pompimin Optik
Llambat e shkarkimitLlambat e shkarkimit, të zakonshme në lazerët me pompë llambë, përdoren për fuqinë e tyre të lartë dhe spektrin e gjerë. YA Mandryko et al. zhvilluan një model fuqie të gjenerimit të shkarkimit me hark impulsiv në llambat ksenon me pompë optike me media aktive të lazerëve në gjendje të ngurtë. Ky model ndihmon në optimizimin e performancës së llambave me pompë impulsive, thelbësore për funksionimin efikas të lazerit.
Diodat lazerike:Të përdorura në lazerët me pompë diodike, diodat lazer ofrojnë përparësi si efikasitet i lartë, madhësi kompakte dhe aftësia për t'u akorduar imët.
Lexime të mëtejshme:Çfarë është një diodë lazeri?
Llambat e shkrepjesLlambat flash janë burime drite intensive me spektër të gjerë që përdoren zakonisht për pompimin e lazerëve në gjendje të ngurtë, siç janë lazerët rubin ose Nd:YAG. Ato ofrojnë një shpërthim drite me intensitet të lartë që ngacmon mjedisin lazer.
Llambat me harkNgjashëm me llambat me shkrepëse, por të projektuara për funksionim të vazhdueshëm, llambat me hark ofrojnë një burim të qëndrueshëm drite intensive. Ato përdoren në aplikime ku kërkohet funksionim me lazer me valë të vazhdueshme (CW).
LED (Dioda që lëshojnë dritë)Ndonëse nuk janë aq të zakonshme sa diodat lazer, LED-et mund të përdoren për pompimin optik në disa aplikime me energji të ulët. Ato kanë përparësi për shkak të jetëgjatësisë së tyre të gjatë, kostos së ulët dhe disponueshmërisë në gjatësi vale të ndryshme.
Drita e diellitNë disa konfigurime eksperimentale, rrezet e diellit të përqendruara janë përdorur si burim pompimi për lazerët e pompuar nga dielli. 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 krahasuar me burimet artificiale të dritës.
Dioda lazeri të lidhura me fibraKëto janë dioda lazeri të lidhura me fibra optike, të cilat e dërgojnë dritën e pompës në mënyrë më efikase në mjedisin lazer. Kjo metodë është veçanërisht e dobishme në lazerët me fibra dhe në situata ku dërgimi i saktë i dritës së pompës është thelbësor.
Lazerë të tjerëNdonjëherë, një lazer përdoret për të pompuar një tjetër. Për shembull, një lazer Nd:YAG me frekuencë të dyfishuar 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 burime konvencionale drite.
Lazer në gjendje të ngurtë me pompë diode
Burimi fillestar i energjisëProcesi fillon me një lazer diodë, i cili shërben si burim pompe. Lazerët diodë zgjidhen për efikasitetin e tyre, madhësinë kompakte dhe aftësinë për të emetuar dritë në gjatësi vale specifike.
Drita e pompës:Lazeri diodë lëshon dritë që absorbohet nga mediumi i përforcimit në gjendje të ngurtë. Gjatësia e valës së lazerit diodë përshtatet për t'u përputhur me karakteristikat e thithjes së mediumit të përforcimit.
Gjendje e ngurtëFitim i mesëm
Materiali:Mediumi i fitimit në lazerët DPSS është zakonisht një material në gjendje të ngurtë si Nd:YAG (Garnet alumini itriumit i dopuar me neodymium), Nd:YVO4 (Ortovanadat itriumit i dopuar me neodymium) ose Yb:YAG (Garnet alumini itriumit i dopuar me iterbium).
Doping:Këto materiale janë të dopuara me jone të tokës së rrallë (si Nd ose Yb), të cilat janë jonet aktive të lazerit.
Thithja dhe ngacmimi i energjisë:Kur drita e pompës nga lazeri i diodës hyn në mediumin e përforcimit, jonet e tokës së rrallë e thithin këtë energji dhe ngacmohen në gjendje më të larta energjie.
Inversioni i Popullsisë
Arritja e Inversionit të Popullsisë:Çelësi i veprimit të lazerit është arritja e një përmbysjeje të popullatës në mjedisin e përforcimit. Kjo do të thotë që më shumë jone janë në gjendje të ngacmuar sesa në gjendjen themelore.
Emetim i stimuluar:Pasi arrihet inversioni i popullatës, futja e një fotoni që korrespondon me ndryshimin e energjisë midis gjendjes së ngacmuar dhe asaj themelore mund të stimulojë jonet e ngacmuara që të kthehen në gjendjen themelore, duke emetuar një foton në këtë proces.
Rezonator optik
Pasqyrat: Mjeti i fitimit vendoset brenda një rezonatori optik, zakonisht i formuar nga dy pasqyra në secilin skaj të mediumit.
Reagimi dhe Amplifikimi: Njëra nga pasqyrat është shumë reflektuese dhe tjetra është pjesërisht reflektuese. Fotonet kërcejnë para dhe mbrapa midis këtyre pasqyrave, duke stimuluar më shumë emetime dhe duke amplifikuar dritën.
Emetimi i lazerit
Dritë 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 rrezen lazer që del nga lazeri DPSS.
Gjeometritë e Pompimit: Pompimi Anësor vs. Pompimi Fundor
| Metoda e Pompimit | Përshkrimi | Aplikacionet | Avantazhet | Sfidat |
|---|---|---|---|---|
| Pompim anësor | Drita e pompës e futur pingul me mjedisin lazer | Lazerë me shufra ose fibra | Shpërndarje uniforme e dritës së pompës, e përshtatshme për aplikime me fuqi të lartë | Shpërndarje jo uniforme e fitimit, cilësi më e ulët e rrezes |
| Fundi i pompimit | Drita e pompës e drejtuar përgjatë të njëjtit bosht si rrezja e lazerit | Lazerë në gjendje të ngurtë si Nd:YAG | Shpërndarje uniforme e fitimit, cilësi më e lartë e rrezes | Rreshtim kompleks, shpërndarje më pak efikase e nxehtësisë në lazerët me fuqi të lartë |
Kërkesat për Dritën Efektive të Pompës
| Kërkesë | Rëndësia | Ndikim/Ekuilibër | Shënime shtesë |
|---|---|---|---|
| Përshtatshmëria e Spektrit | Gjatësia e valës duhet të përputhet me spektrin e absorbimit të mediumit lazer. | Siguron thithje efikase dhe inversion efektiv të popullatës | - |
| Intensiteti | Duhet të jetë mjaftueshëm i lartë për nivelin e dëshiruar të ngacmimit | Intensitete tepër të larta mund të shkaktojnë dëmtime termike; intensitete shumë të ulëta nuk do të arrijnë përmbysjen e popullatës. | - |
| Cilësia e rrezes | Veçanërisht kritike në lazerët me pompë fundore | Siguron bashkim efikas dhe kontribuon në cilësinë e rrezes lazer të emetuar | Cilësia e rrezes së lartë është thelbësore për mbivendosjen e saktë të dritës së pompës dhe volumit të modalitetit të lazerit |
| Polarizimi | E nevojshme për media me veti anizotropike | Rrit efikasitetin e thithjes dhe mund të ndikojë në polarizimin e dritës lazer të emetuar | Gjendja specifike e polarizimit mund të jetë e nevojshme |
| Zhurma e Intensitetit | Nivelet e ulëta të zhurmës janë thelbësore | Luhatjet në intensitetin e dritës së pompës mund të ndikojnë në cilësinë dhe stabilitetin e daljes së lazerit | E rëndësishme për aplikimet që kërkojnë stabilitet dhe saktësi të lartë |
Koha e postimit: 01 Dhjetor 2023