Berlangganan media sosial kami untuk posting cepat
Pada intinya, pemompaan laser adalah proses memberi energi pada media untuk mencapai keadaan di mana ia dapat memancarkan cahaya laser. Ini biasanya dilakukan dengan menyuntikkan cahaya atau arus listrik ke dalam medium, menarik atomnya dan mengarah ke emisi cahaya yang koheren. Proses dasar ini telah berkembang secara signifikan sejak munculnya laser pertama di pertengahan abad ke-20.
Meskipun sering dimodelkan berdasarkan persamaan laju, pemompaan laser pada dasarnya adalah proses mekanik kuantum. Ini melibatkan interaksi yang rumit antara foton dan struktur atom atau molekul dari media penguatan. Model lanjutan mempertimbangkan fenomena seperti osilasi Rabi, yang memberikan pemahaman yang lebih bernuansa tentang interaksi ini.
Pompa laser adalah proses di mana energi, biasanya dalam bentuk cahaya atau arus listrik, dipasok ke media penguatan laser untuk meningkatkan atom atau molekulnya ke keadaan energi yang lebih tinggi. Transfer energi ini sangat penting untuk mencapai inversi populasi, keadaan di mana lebih banyak partikel bersemangat daripada dalam keadaan energi yang lebih rendah, memungkinkan media untuk memperkuat cahaya melalui emisi yang distimulasi. Proses ini melibatkan interaksi kuantum yang rumit, sering dimodelkan melalui persamaan laju atau kerangka kerja mekanik kuantum yang lebih maju. Aspek -aspek utama termasuk pilihan sumber pompa (seperti dioda laser atau lampu pelepasan), geometri pompa (pompa samping atau ujung), dan optimalisasi karakteristik cahaya pompa (spektrum, intensitas, kualitas balok, polarisasi) untuk mencocokkan persyaratan spesifik dari media penguatan. Pompa laser sangat mendasar di berbagai jenis laser, termasuk laser solid-state, semikonduktor, dan gas, dan sangat penting untuk operasi laser yang efisien dan efektif.
Varietas laser yang dipompa secara optik
1. Laser solid-state dengan isolator yang didoping
· Ringkasan:Laser ini menggunakan media host isolasi secara elektrik dan mengandalkan pemompaan optik untuk memberi energi pada ion aktif laser. Contoh umum adalah neodymium dalam laser YAG.
·Penelitian Terbaru:Sebuah studi oleh A. Antipov et al. membahas laser dekat-IR solid-state untuk pemompaan optik penukar spin. Penelitian ini menyoroti kemajuan dalam teknologi laser solid-state, terutama dalam spektrum inframerah dekat, yang sangat penting untuk aplikasi seperti pencitraan medis dan telekomunikasi.
Bacaan lebih lanjut:Laser dekat-IR solid-state untuk pemompaan optik penukar spin
2. Laser semikonduktor
·Informasi Umum: Laser semikonduktor yang biasanya dipompa secara listrik juga dapat memperoleh manfaat dari pemompaan optik, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan kecerahan tinggi, seperti laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal (VECSELS).
·Perkembangan Terbaru: Pekerjaan U. Keller tentang sisir frekuensi optik dari laser solid-state dan semikonduktor ultrafast memberikan wawasan tentang pembuatan sisir frekuensi stabil dari laser padat dan semikonduktor yang dipompa dioda. Kemajuan ini signifikan untuk aplikasi dalam metrologi frekuensi optik.
Bacaan lebih lanjut:Sisir frekuensi optik dari laser solid-state dan semikonduktor ultrafast
3. Laser gas
·Pompa optik dalam laser gas: Jenis laser gas tertentu, seperti laser uap alkali, memanfaatkan pemompaan optik. Laser ini sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan sumber cahaya yang koheren dengan sifat spesifik.
Sumber untuk pemompaan optik
Lampu pembuangan: Umum pada laser yang dipompa lampu, lampu buangan digunakan untuk daya tinggi dan spektrum luas. Ya Mandryko et al. Mengembangkan model daya pembangkit debit busur impuls dalam lampu xenon optik media aktif dari laser solid-state. Model ini membantu mengoptimalkan kinerja lampu pemompaan impuls, penting untuk operasi laser yang efisien.
Dioda laser:Digunakan dalam laser yang dipompa dioda, dioda laser menawarkan keunggulan seperti efisiensi tinggi, ukuran kompak, dan kemampuan untuk disetel dengan halus.
Bacaan lebih lanjut:Apa itu dioda laser?
Lampu flash: Lampu flash adalah sumber cahaya spektrum luas yang biasanya digunakan untuk memompa laser solid-state, seperti ruby atau laser nd: yag. Mereka memberikan ledakan cahaya intensitas tinggi yang menggairahkan media laser.
Lampu busur: Mirip dengan lampu flash tetapi dirancang untuk operasi berkelanjutan, lampu busur menawarkan sumber cahaya intens yang stabil. Mereka digunakan dalam aplikasi di mana operasi laser gelombang kontinu (CW) diperlukan.
LED (dioda pemancar cahaya): Meskipun tidak biasa seperti dioda laser, LED dapat digunakan untuk pemompaan optik dalam aplikasi berdaya rendah tertentu. Mereka menguntungkan karena umur 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 yang dipompa surya. Metode ini memanfaatkan energi surya, menjadikannya sumber terbarukan dan hemat biaya, meskipun kurang dapat dikendalikan dan kurang intens dibandingkan dengan sumber cahaya buatan.
Dioda laser serat yang dipasangkan: Ini adalah dioda laser yang digabungkan dengan serat optik, yang memberikan cahaya pompa lebih efisien ke media laser. Metode ini sangat berguna dalam laser serat dan dalam situasi di mana pengiriman cahaya pompa yang tepat sangat penting.
Laser lainnya: Terkadang, satu laser digunakan untuk memompa yang lain. Misalnya, laser ND: YAG frekuensi 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: Proses dimulai dengan laser dioda, yang berfungsi sebagai sumber pompa. Laser dioda dipilih untuk efisiensinya, ukuran kompak, dan kemampuan untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
Lampu pompa:Laser dioda memancarkan cahaya yang diserap oleh media penguatan solid-state. Panjang gelombang laser dioda disesuaikan agar sesuai dengan karakteristik penyerapan medium penguatan.
Keadaan solidMendapatkan media
Bahan:Medium penguatan dalam laser DPSS biasanya merupakan bahan solid-state seperti ND: YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet), ND: YVO4 (yttrium orttrium orttrium orttrium yang didoping neodymium), atau yag (Ytterbium-Doped Yttrium aluminum).
Doping:Bahan-bahan ini didoping dengan ion langka-earth (seperti ND atau YB), yang merupakan ion laser aktif.
Penyerapan dan eksitasi energi:Ketika cahaya pompa dari laser dioda memasuki media penguatan, ion langka-bumi menyerap energi ini dan bersemangat ke keadaan energi yang lebih tinggi.
Inversi populasi
Mencapai inversi populasi:Kunci tindakan laser adalah mencapai inversi populasi dalam media gain. Ini berarti bahwa lebih banyak ion dalam keadaan bersemangat daripada di negara dasar.
Emisi yang dirangsang:Setelah inversi populasi tercapai, pengenalan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara keadaan tereksitasi dan darat dapat merangsang ion 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 medium.
Umpan balik dan amplifikasi: Salah satu cermin sangat reflektif, dan yang lainnya sebagian reflektif. Foton memantul bolak -balik di antara cermin ini, merangsang lebih banyak emisi dan memperkuat cahaya.
Emisi laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan koheren, artinya mereka berada dalam fase dan memiliki panjang gelombang yang sama.
Output: Cermin reflektif sebagian memungkinkan sebagian cahaya ini melewati, membentuk balok laser yang keluar dari laser DPSS.
Pompa geometri: pompa sisi vs.
| Metode pemompaan | Keterangan | Aplikasi | Keuntungan | Tantangan |
|---|---|---|---|---|
| Pompa samping | Lampu pompa diperkenalkan tegak lurus terhadap medium laser | Laser batang atau serat | Distribusi cahaya pompa yang seragam, cocok untuk aplikasi daya tinggi | Distribusi gain yang tidak seragam, kualitas balok yang lebih rendah |
| Akhiri memompa | Lampu pompa diarahkan sepanjang sumbu yang sama dengan balok laser | Laser solid-state seperti ND: yag | Distribusi gain seragam, kualitas balok yang lebih tinggi | Penyelarasan kompleks, disipasi panas yang kurang efisien dalam laser berdaya tinggi |
Persyaratan untuk lampu pompa yang efektif
| Persyaratan | Pentingnya | Dampak/keseimbangan | Catatan tambahan |
|---|---|---|---|
| Kesesuaian spektrum | Panjang gelombang harus cocok dengan spektrum serapan medium 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 yang dipompa akhir | Memastikan kopling yang efisien dan berkontribusi pada kualitas sinar laser yang dipancarkan | Kualitas balok tinggi sangat penting untuk tumpang tindih yang tepat dari lampu 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 spesifik mungkin diperlukan |
| Kebisingan intensitas | Tingkat kebisingan yang rendah sangat penting | Fluktuasi intensitas cahaya pompa dapat mempengaruhi kualitas dan stabilitas output laser | Penting untuk aplikasi yang membutuhkan stabilitas dan presisi tinggi |
Waktu posting: Des-01-2023