Abonner på vores sociale medier til hurtig post
I det væsentlige er laserpumpe processen med at energiere et medium for at opnå en tilstand, hvor den kan udsende laserlys. Dette gøres typisk ved at injicere lys eller elektrisk strøm i mediet, der spænder dets atomer og fører til emission af sammenhængende lys. Denne grundlæggende proces har udviklet sig markant siden fremkomsten af de første lasere i midten af det 20. århundrede.
Mens det ofte er modelleret af hastighedsligninger, er laserpumpe grundlæggende en kvantemekanisk proces. Det involverer indviklede interaktioner mellem fotoner og atom- eller molekylstrukturen af forstærkningsmediet. Avancerede modeller overvejer fænomener som Rabi -svingninger, der giver en mere nuanceret forståelse af disse interaktioner.
Laserpumpe er en proces, hvor energi, typisk i form af lys eller elektrisk strøm, leveres til en lasers forstærkningsmedium for at hæve sine atomer eller molekyler til højere energitilstande. Denne energioverførsel er afgørende for at opnå befolkningsinversion, en tilstand, hvor flere partikler er begejstrede end i en lavere energistilstand, hvilket gør det muligt for mediet at forstærke lys via stimuleret emission. Processen involverer komplicerede kvanteinteraktioner, ofte modelleret gennem hastighedsligninger eller mere avancerede kvantemekaniske rammer. De vigtigste aspekter inkluderer valget af pumpekilde (som laserdioder eller udladningslamper), pumpegeometri (side eller slutpumpning) og optimering af pumpelysegenskaber (spektrum, intensitet, strålekvalitet, polarisering) for at matche de specifikke krav i forstærkningsmediet. Laserpumpe er grundlæggende i forskellige lasertyper, herunder faststof, halvleder og gaslasere, og er vigtig for laserens effektive og effektive drift.
Sorter af optisk pumpede lasere
1. faststoflasere med doterede isolatorer
· Oversigt:Disse lasere bruger et elektrisk isolerende værtsmedium og er afhængige af optisk pumpning for at give energi til laseraktive ioner. Et almindeligt eksempel er neodym i YAG -lasere.
·Nylig forskning:En undersøgelse af A. Antipov et al. Diskuterer en fast-state nær-IR-laser til spin-udveksling optisk pumpning. Denne forskning fremhæver fremskridtene inden for faststof-laserteknologi, især i det næsten infrarøde spektrum, som er afgørende for applikationer som medicinsk billeddannelse og telekommunikation.
Yderligere læsning:En solid-state nær-IR-laser til spin-udveksling optisk pumpning
2. halvlederlasere
·Generel information: Typisk elektrisk pumpede, halvlederlasere kan også drage fordel af optisk pumpning, især i applikationer, der kræver høj lysstyrke, såsom lodret eksternt hulrumsoverfladeemitterende lasere (VECSELS).
·Nylig udvikling: U. Kellers arbejde med optisk frekvenskam fra ultrahastede faststof- og halvlederlasere giver indsigt i genereringen af stabile frekvenskam fra diode-pumpede faststof- og halvlederlasere. Denne fremgang er betydelig for anvendelser inden for optisk frekvensmetrologi.
Yderligere læsning:Optisk frekvens kamme fra ultrahast faststof og halvlederlasere
3. gaslasere
·Optisk pumpning i gaslasere: Visse typer gaslasere, som alkali -damplasere, bruger optisk pumpning. Disse lasere bruges ofte i applikationer, der kræver sammenhængende lyskilder med specifikke egenskaber.
Kilder til optisk pumpning
Udladningslamper: Almindelig i lampe-pumpede lasere bruges udladningslamper til deres høje effekt og brede spektrum. Ya Mandryko et al. Udviklet en kraftmodel af impulsbueudladningsproduktion i aktivt medieoptisk pumpe Xenon-lamper med faststof-lasere. Denne model hjælper med at optimere ydelsen af impulspumpelamper, afgørende for effektiv laserdrift.
Laserdioder:Brugt i diode-pumpede lasere giver laserdioder fordele som høj effektivitet, kompakt størrelse og evnen til at blive finjusteret.
Yderligere læsning:Hvad er en laserdiode?
Flash -lamper: Flash-lamper er intense, bredspektret lyskilder, der ofte bruges til pumpning af faststoflasere, såsom Ruby eller ND: YAG-lasere. De giver en højintensiv burst af lys, der ophidser lasermediet.
Buelamper: I lighed med flashlamper, men designet til kontinuerlig drift, tilbyder ARC -lamper en stabil kilde til intens lys. De bruges i applikationer, hvor kontinuerlig bølge (CW) laserdrift er påkrævet.
LED'er (lysemitterende dioder): Selvom det ikke er så almindelige som laserdioder, kan LED'er bruges til optisk pumpning i visse applikationer med lav effekt. De er fordelagtige på grund af deres lange levetid, lave omkostninger og tilgængelighed i forskellige bølgelængder.
Sollys: I nogle eksperimentelle opsætninger er koncentreret sollys blevet brugt som en pumpekilde til solcellepumpede lasere. Denne metode udnytter solenergi, hvilket gør den til en vedvarende og omkostningseffektiv kilde, skønt den er mindre kontrollerbar og mindre intens sammenlignet med kunstige lyskilder.
Fiber-koblede laserdioder: Dette er laserdioder koblet til optiske fibre, der leverer pumpelyset mere effektivt til lasermediet. Denne metode er især nyttig i fiberlasere og i situationer, hvor præcis levering af pumpelys er afgørende.
Andre lasere: Nogle gange bruges en laser til at pumpe en anden. For eksempel kan en frekvensdoblet ND: YAG-laser bruges til at pumpe en farvestoflaser. Denne metode bruges ofte, når der kræves specifikke bølgelængder til pumpningsprocessen, der ikke let opnås med konventionelle lyskilder.
Diode-pumpet faststof-laser
Første energikilde: Processen starter med en diodelaser, der fungerer som pumpekilde. Diodelasere vælges for deres effektivitet, kompakt størrelse og evne til at udsende lys ved specifikke bølgelængder.
Pumpe lys:Diode-laseren udsender lys, der absorberes af faststatsgevinstmediet. Diodelaserens bølgelængde er skræddersyet til at matche absorptionsegenskaberne for forstærkningsmediet.
Solid-stateFå medium
Materiale:Forstærkningsmediet i DPSS-lasere er typisk et faststofmateriale som ND: YAG (neodymium-dopet yttrium aluminium granat), ND: YVO4 (neodymium-dopet yttrium ortovanadat) eller YB: YAG (ytterbium-dopede yttrium aluminum garnet).
Doping:Disse materialer er doteret med sjældne jordnære ioner (som ND eller YB), som er de aktive laserioner.
Energiabsorption og excitation:Når pumpelyset fra diodelaseren kommer ind i forstærkningsmediet, absorberer de sjældne jordnære ioner denne energi og bliver begejstrede for højere energitilstande.
Befolkningsinversion
Opnå befolkningsinversion:Nøglen til laserhandling er at opnå en populationsinversion i forstærkningsmediet. Dette betyder, at flere ioner er i en ophidset tilstand end i jordtilstanden.
Stimuleret emission:Når befolkningsinversion er opnået, kan introduktionen af en foton svarende til energiforskellen mellem de ophidsede og jordtilstande stimulere de ophidsede ioner til at vende tilbage til jordtilstanden og udsende en foton i processen.
Optisk resonator
Spejle: Forstærkningsmediet placeres inde i en optisk resonator, typisk dannet af to spejle i hver ende af mediet.
Feedback og forstærkning: Et af spejle er meget reflekterende, og den anden er delvist reflekterende. Fotoner hopper frem og tilbage mellem disse spejle, stimulerer flere emissioner og forstærker lyset.
Laseremission
Sammenhængende lys: De fotoner, der udsendes, er sammenhængende, hvilket betyder, at de er i fase og har den samme bølgelængde.
Output: Det delvist reflekterende spejl tillader noget af dette lys at passere igennem, hvilket danner laserstrålen, der kommer ud af DPSS -laseren.
Pumpe geometrier: side vs. slutpumpning
| Pumpemetode | Beskrivelse | Applikationer | Fordele | Udfordringer |
|---|---|---|---|---|
| Sidepumpe | Pumpelys introduceret vinkelret på lasermediet | Stang eller fiberlasere | Ensartet fordeling af pumpelys, der er velegnet til applikationer med høj effekt | Ikke-ensartet forstærkningsfordeling, lavere bjælkekvalitet |
| Slutpumpning | Pumpelys rettet langs den samme akse som laserstrålen | Solid-state lasere som ND: YAG | Ensartet forstærkningsfordeling, højere strålekvalitet | Kompleks justering, mindre effektiv varmeafledning i lasere med høj effekt |
Krav til effektiv pumpelys
| Krav | Betydning | Påvirkning/balance | Yderligere noter |
|---|---|---|---|
| Spektrum egnethed | Bølgelængde skal matche lasermediets absorptionsspektrum | Sikrer effektiv absorption og effektiv befolkningsinversion | - |
| Intensitet | Skal være høj nok til det ønskede excitationsniveau | Alt for høje intensiteter kan forårsage termisk skade; For lav opnår ikke befolkningsinversion | - |
| Stråle kvalitet | Særligt kritisk i slutpumpede lasere | Sikrer effektiv kobling og bidrager til udsendt laserstrålekvalitet | Højstrålekvalitet er afgørende for præcis overlapning af pumpelys og lasertilstand volumen |
| Polarisering | Påkrævet til medier med anisotrope egenskaber | Forbedrer absorptionseffektiviteten og kan påvirke udsendt laserlyspolarisering | Specifik polariseringstilstand kan være nødvendig |
| Intensitetsstøj | Lavt støjniveauer er afgørende | Svingninger i pumpe lysintensitet kan påvirke laserudgangskvaliteten og stabilitet | Vigtigt for applikationer, der kræver høj stabilitet og præcision |
Posttid: DEC-01-2023