Berlangganan Media Sosial Kami Untuk Postingan Cepat
Pada dasarnya, pemompaan laser adalah proses pemberian energi pada suatu medium untuk mencapai kondisi di mana medium tersebut dapat memancarkan cahaya laser. Proses ini biasanya dilakukan dengan menginjeksikan cahaya atau arus listrik ke dalam medium, yang akan mengeksitasi atom-atomnya dan menghasilkan emisi cahaya yang koheren. Proses dasar ini telah berkembang secara signifikan sejak kemunculan laser pertama di 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 medium penguat. Model lanjutan mempertimbangkan fenomena seperti osilasi Rabi, yang memberikan pemahaman yang 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 meningkatkan atom atau molekulnya ke keadaan energi yang lebih tinggi. Transfer energi ini krusial untuk mencapai inversi populasi, suatu keadaan di mana lebih banyak partikel yang tereksitasi daripada di 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 canggih. Aspek-aspek kunci meliputi pemilihan sumber pompa (seperti dioda laser atau lampu lucutan), geometri pompa (pemompaan samping atau ujung), dan optimalisasi karakteristik cahaya pompa (spektrum, intensitas, kualitas berkas, polarisasi) agar sesuai dengan kebutuhan spesifik media penguatan. Pemompaan laser merupakan hal mendasar dalam berbagai jenis laser, termasuk laser solid-state, semikonduktor, dan gas, dan penting untuk pengoperasian laser yang efisien dan efektif.
Varietas Laser yang Dipompa Secara Optik
1. Laser Solid-State dengan Isolator Terdoping
· Ringkasan:Laser ini menggunakan media inang yang bersifat isolator listrik dan mengandalkan pemompaan optik untuk memberi energi pada ion aktif laser. Contoh umum adalah neodymium pada laser YAG.
·Penelitian Terbaru:Sebuah studi oleh A. Antipov dkk. membahas laser inframerah-dekat solid-state untuk pemompaan optik spin-exchange. Penelitian ini menyoroti kemajuan teknologi laser solid-state, khususnya dalam spektrum inframerah-dekat, yang krusial untuk aplikasi seperti pencitraan medis dan telekomunikasi.
Bacaan Lebih Lanjut:Laser Near-IR Solid-State untuk Pemompaan Optik Spin-Exchange
2. Laser Semikonduktor
·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).
·Perkembangan Terbaru: Penelitian U. Keller pada sisir frekuensi optik dari laser semikonduktor dan solid-state ultracepat memberikan wawasan tentang pembentukan 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 solid-state dan semikonduktor ultra cepat
3. Laser Gas
·Pemompaan Optik pada Laser Gas: Beberapa jenis laser gas, seperti laser uap alkali, menggunakan pemompaan optik. Laser ini sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan sumber cahaya koheren dengan sifat spesifik.
Sumber untuk Pemompaan Optik
Lampu Pelepasan: Umum pada laser pompa lampu, lampu lucutan digunakan karena daya tinggi dan spektrumnya yang luas. YA Mandryko dkk. mengembangkan model daya pembangkitan lucutan busur impuls pada lampu xenon pompa optik media aktif pada laser solid-state. Model ini membantu mengoptimalkan kinerja lampu pompa impuls, yang krusial untuk efisiensi operasi laser.
Dioda Laser:Digunakan dalam laser yang dipompa dioda, dioda laser menawarkan keuntungan seperti efisiensi tinggi, ukuran kompak, dan kemampuan untuk disetel secara halus.
Bacaan lebih lanjut:apa itu dioda laser?
Lampu KilatLampu kilat adalah sumber cahaya berspektrum luas dan intens yang umum digunakan untuk memompa laser solid-state, seperti laser ruby atau Nd:YAG. Lampu kilat menghasilkan semburan cahaya berintensitas tinggi yang merangsang medium laser.
Lampu BusurMirip dengan lampu kilat tetapi dirancang untuk operasi berkelanjutan, lampu busur menawarkan sumber cahaya intens yang stabil. Lampu ini digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan operasi laser gelombang kontinu (CW).
LED (Dioda Pemancar Cahaya)Meskipun tidak seumum dioda laser, LED dapat digunakan untuk pemompaan optik dalam aplikasi berdaya rendah tertentu. LED menguntungkan karena masa pakainya yang panjang, biaya rendah, dan ketersediaannya dalam berbagai panjang gelombang.
Sinar matahariDalam beberapa pengaturan eksperimental, sinar matahari terkonsentrasi telah digunakan sebagai sumber pompa untuk laser bertenaga surya. Metode ini memanfaatkan energi matahari, menjadikannya sumber terbarukan dan hemat biaya, meskipun kurang terkendali dan kurang intens dibandingkan dengan sumber cahaya buatan.
Dioda Laser Kopling SeratIni adalah dioda laser yang terhubung ke serat optik, yang menyalurkan cahaya pompa secara lebih efisien ke media laser. Metode ini sangat berguna dalam laser serat dan dalam situasi di mana penyaluran cahaya pompa yang presisi sangat penting.
Laser LainnyaTerkadang, satu laser digunakan untuk memompa laser lainnya. 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 AwalProsesnya 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.
Lampu Pompa: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 (Yttrium Aluminum Garnet yang didoping Neodymium), Nd:YVO4 (Yttrium Orthovanadate yang didoping Neodymium), atau Yb:YAG (Yttrium Aluminum Garnet yang didoping Ytterbium).
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 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, sementara cermin lainnya sebagian reflektif. Foton memantul bolak-balik di antara kedua cermin, merangsang lebih banyak emisi dan memperkuat cahaya.
Emisi Laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan bersifat koheren, artinya mereka sefase dan memiliki panjang gelombang yang sama.
Keluaran: Cermin yang sebagian memantulkan cahaya memungkinkan sebagian cahaya ini untuk 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 terhadap media laser | Laser batang atau serat | Distribusi cahaya pompa yang seragam, cocok untuk aplikasi daya tinggi | Distribusi penguatan tidak seragam, kualitas sinar lebih rendah |
| Pemompaan 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; intensitas yang terlalu rendah tidak akan mencapai inversi populasi | - |
| Kualitas Balok | Terutama 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 memengaruhi polarisasi cahaya laser yang dipancarkan | Keadaan polarisasi spesifik 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