Berlangganan Media Sosial Kami Untuk Postingan Cepat
Pada intinya, pemompaan laser adalah proses pemberian energi pada media untuk mencapai kondisi yang memungkinkannya memancarkan cahaya laser. Proses ini biasanya dilakukan dengan menyuntikkan cahaya atau arus listrik ke dalam media, yang akan merangsang atom-atomnya dan menghasilkan emisi cahaya yang koheren. Proses dasar ini telah berkembang secara signifikan sejak munculnya laser pertama pada pertengahan abad ke-20.
Meskipun sering dimodelkan dengan persamaan laju, pemompaan laser pada dasarnya merupakan proses mekanika kuantum. Proses ini melibatkan interaksi rumit antara foton dan struktur atom atau molekul media penguat. Model tingkat lanjut mempertimbangkan fenomena seperti osilasi Rabi, yang memberikan pemahaman lebih mendalam tentang interaksi ini.
Pemompaan laser adalah proses di mana energi, biasanya dalam bentuk cahaya atau arus listrik, disuplai ke media penguatan laser untuk menaikkan atom atau molekulnya ke keadaan energi yang lebih tinggi. Transfer energi ini sangat penting untuk mencapai inversi populasi, keadaan di mana lebih banyak partikel yang tereksitasi daripada dalam keadaan energi yang lebih rendah, yang memungkinkan media untuk memperkuat cahaya melalui emisi terstimulasi. Proses ini melibatkan interaksi kuantum yang rumit, yang sering kali dimodelkan melalui persamaan laju atau kerangka kerja mekanika kuantum yang lebih maju. Aspek-aspek utama meliputi pilihan sumber pompa (seperti dioda laser atau lampu pelepasan), geometri pompa (pemompaan samping atau ujung), dan optimalisasi karakteristik cahaya pompa (spektrum, intensitas, kualitas sinar, polarisasi) agar sesuai dengan persyaratan khusus media penguatan. Pemompaan laser merupakan hal mendasar dalam berbagai jenis laser, termasuk laser solid-state, semikonduktor, dan gas, dan sangat penting untuk pengoperasian laser yang efisien dan efektif.
Berbagai Macam Laser yang Dipompa Secara Optik
1. Laser Solid-State dengan Isolator Terdoping
· Ringkasan:Laser ini menggunakan media inang yang bersifat isolasi listrik dan mengandalkan pemompaan optik untuk memberi energi pada ion yang aktif terhadap laser. Contoh umum adalah neodymium pada laser YAG.
Bahasa Indonesia:Penelitian Terbaru:Sebuah penelitian oleh A. Antipov dkk. membahas laser inframerah dekat solid-state untuk pemompaan optik spin-exchange. Penelitian ini menyoroti kemajuan dalam teknologi laser solid-state, khususnya dalam spektrum inframerah dekat, yang sangat penting untuk aplikasi seperti pencitraan medis dan telekomunikasi.
Bacaan lebih lanjut:Laser Near-IR Solid-State untuk Pemompaan Optik Spin-Exchange
2. Laser Semikonduktor
Bahasa Indonesia:Informasi Umum: Laser semikonduktor yang biasanya dipompa secara elektrik juga dapat memperoleh manfaat dari pemompaan optik, terutama dalam aplikasi yang memerlukan kecerahan tinggi, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Eksternal Vertikal (VECSEL).
Bahasa Indonesia:Perkembangan Terbaru: Karya U. Keller pada sisir frekuensi optik dari laser semikonduktor dan solid-state ultracepat memberikan wawasan tentang pembuatan sisir frekuensi stabil dari laser semikonduktor dan solid-state yang dipompa dioda. Kemajuan ini penting untuk aplikasi dalam metrologi frekuensi optik.
Bacaan lebih lanjut:Sisir frekuensi optik dari laser semikonduktor dan solid-state ultracepat
3. Laser Gas
Bahasa Indonesia:Pemompaan Optik pada Laser Gas: Jenis laser gas tertentu, seperti laser uap alkali, menggunakan pemompaan optik. Laser ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan sumber cahaya koheren dengan sifat tertentu.
Sumber untuk Pemompaan Optik
Lampu Pelepasan: Umum pada laser yang dipompa lampu, lampu pelepasan digunakan karena daya tinggi dan spektrumnya yang luas. YA Mandryko dkk. mengembangkan model daya pembangkitan pelepasan busur impuls pada lampu xenon pemompa optik media aktif dari laser solid-state. Model ini membantu mengoptimalkan kinerja lampu pemompa impuls, yang penting untuk pengoperasian laser yang efisien.
Dioda Laser:Digunakan dalam laser yang dipompa dioda, dioda laser menawarkan keuntungan seperti efisiensi tinggi, ukuran ringkas, dan kemampuan untuk disetel secara halus.
Bacaan lebih lanjut:apa itu dioda laser?
Lampu Kilat: Lampu kilat adalah sumber cahaya berspektrum luas dan intens yang umumnya digunakan untuk memompa laser solid-state, seperti laser ruby atau Nd:YAG. Lampu ini menghasilkan semburan cahaya berintensitas tinggi yang merangsang media laser.
Lampu Busur: Mirip dengan lampu kilat tetapi dirancang untuk operasi berkelanjutan, lampu busur menawarkan sumber cahaya intens yang stabil. Lampu ini digunakan dalam aplikasi yang memerlukan operasi laser gelombang berkelanjutan (CW).
LED (Dioda Pemancar Cahaya): Meskipun tidak seumum dioda laser, LED dapat digunakan untuk pemompaan optik dalam aplikasi berdaya rendah tertentu. LED memiliki keunggulan karena masa pakainya yang panjang, biaya rendah, dan ketersediaan dalam berbagai panjang gelombang.
Sinar matahari: Dalam beberapa pengaturan eksperimental, sinar matahari terkonsentrasi telah digunakan sebagai sumber pompa untuk laser bertenaga surya. Metode ini memanfaatkan energi surya, menjadikannya sumber yang terbarukan dan hemat biaya, meskipun kurang terkendali dan kurang intens dibandingkan dengan sumber cahaya buatan.
Dioda Laser yang Digandeng Serat: Ini adalah dioda laser yang disambungkan ke serat optik, yang menyalurkan cahaya pompa secara lebih efisien ke media laser. Metode ini khususnya berguna dalam laser serat dan dalam situasi di mana penyaluran cahaya pompa yang tepat sangat penting.
Laser Lainnya: Terkadang, satu laser digunakan untuk memompa laser lain. Misalnya, laser Nd:YAG dengan frekuensi ganda dapat digunakan untuk memompa laser pewarna. Metode ini sering digunakan ketika panjang gelombang tertentu diperlukan untuk proses pemompaan yang tidak mudah dicapai dengan sumber cahaya konvensional.
Laser solid-state yang dipompa dioda
Sumber Energi Awal: Prosesnya dimulai dengan laser dioda, yang berfungsi sebagai sumber pompa. Laser dioda dipilih karena efisiensinya, ukurannya yang ringkas, dan kemampuannya memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
Pompa Lampu:Laser dioda memancarkan cahaya yang diserap oleh media penguat solid-state. Panjang gelombang laser dioda disesuaikan agar sesuai dengan karakteristik penyerapan media penguat.
Keadaan PadatDapatkan Sedang
Bahan:Media penguatan pada laser DPSS umumnya berupa material padat seperti Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet), Nd:YVO4 (Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate), atau Yb:YAG (Ytterbium-doped Yttrium Aluminum Garnet).
Doping:Bahan-bahan ini didoping dengan ion tanah jarang (seperti Nd atau Yb), yang merupakan ion laser aktif.
Penyerapan dan Eksitasi Energi:Ketika cahaya pompa dari laser dioda memasuki media penguatan, ion tanah jarang menyerap energi ini dan tereksitasi ke keadaan energi yang lebih tinggi.
Inversi Populasi
Mencapai Inversi Populasi:Kunci aksi laser adalah mencapai inversi populasi dalam medium penguatan. Ini berarti lebih banyak ion berada dalam keadaan tereksitasi daripada dalam keadaan dasar.
Emisi Terstimulasi:Setelah inversi populasi tercapai, pengenalan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara keadaan tereksitasi dan keadaan dasar dapat merangsang ion-ion yang tereksitasi untuk kembali ke keadaan dasar, memancarkan foton dalam proses tersebut.
Resonator Optik
Cermin: Media penguatan ditempatkan di dalam resonator optik, biasanya dibentuk oleh dua cermin di setiap ujung media.
Umpan Balik dan Amplifikasi: Salah satu cermin sangat reflektif, dan yang lainnya sebagian reflektif. Foton memantul bolak-balik di antara kedua cermin ini, merangsang lebih banyak emisi dan memperkuat cahaya.
Emisi Laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan bersifat koheren, artinya mereka berada dalam fase dan memiliki panjang gelombang yang sama.
Keluaran: Cermin yang sebagian memantulkan cahaya memungkinkan sebagian cahaya ini melewatinya, membentuk sinar laser yang keluar dari laser DPSS.
Geometri Pemompaan: Pemompaan Samping vs. Pemompaan Ujung
| Metode Pemompaan | Keterangan | Aplikasi | Keuntungan | Tantangan |
|---|---|---|---|---|
| Pompa Samping | Cahaya pompa diperkenalkan tegak lurus ke media laser | Laser batang atau serat | Distribusi cahaya pompa yang seragam, cocok untuk aplikasi daya tinggi | Distribusi penguatan tidak seragam, kualitas sinar lebih rendah |
| Pompa Akhir | Pompa cahaya diarahkan sepanjang sumbu yang sama dengan sinar laser | Laser solid-state seperti Nd:YAG | Distribusi penguatan seragam, kualitas sinar lebih tinggi | Penyelarasan kompleks, pembuangan panas kurang efisien pada laser berdaya tinggi |
Persyaratan untuk Lampu Pompa yang Efektif
| Persyaratan | Pentingnya | Dampak/Keseimbangan | Catatan Tambahan |
|---|---|---|---|
| Kesesuaian Spektrum | Panjang gelombang harus sesuai dengan spektrum penyerapan media laser | Memastikan penyerapan yang efisien dan inversi populasi yang efektif | - |
| Intensitas | Harus cukup tinggi untuk tingkat eksitasi yang diinginkan | Intensitas yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan termal; terlalu rendah tidak akan mencapai inversi populasi | - |
| Kualitas Balok | Sangat penting dalam laser pompa akhir | Memastikan kopling yang efisien dan berkontribusi pada kualitas sinar laser yang dipancarkan | Kualitas sinar tinggi sangat penting untuk tumpang tindih yang tepat antara cahaya pompa dan volume mode laser |
| Polarisasi | Diperlukan untuk media dengan sifat anisotropik | Meningkatkan efisiensi penyerapan dan dapat mempengaruhi polarisasi cahaya laser yang dipancarkan | Keadaan polarisasi tertentu mungkin diperlukan |
| Intensitas Kebisingan | Tingkat kebisingan yang rendah sangat penting | Fluktuasi intensitas cahaya pompa dapat memengaruhi kualitas dan stabilitas keluaran laser | Penting untuk aplikasi yang membutuhkan stabilitas dan presisi tinggi |
Waktu posting: 01-Des-2023