Ikuti Media Sosial Kami untuk Mendapatkan Postingan Terbaru
Pada intinya, pemompaan laser adalah proses memberi energi pada suatu medium untuk mencapai keadaan di mana medium tersebut dapat memancarkan cahaya laser. Hal ini biasanya dilakukan dengan menyuntikkan cahaya atau arus listrik ke dalam medium, mengeksitasi atom-atomnya dan menyebabkan emisi cahaya koheren. Proses mendasar ini telah berkembang secara signifikan sejak munculnya laser pertama pada pertengahan abad ke-20.
Meskipun sering dimodelkan dengan persamaan laju, pemompaan laser pada dasarnya adalah proses mekanika kuantum. Proses ini melibatkan interaksi rumit antara foton dan struktur atom atau molekul dari medium penguat. Model-model canggih 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 medium penguat laser untuk menaikkan atom atau molekulnya ke keadaan energi yang lebih tinggi. Transfer energi ini sangat penting untuk mencapai inversi populasi, suatu keadaan di mana lebih banyak partikel tereksitasi daripada dalam keadaan energi yang lebih rendah, sehingga memungkinkan medium untuk memperkuat cahaya melalui emisi terstimulasi. Proses ini melibatkan interaksi kuantum yang rumit, yang sering 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 optimasi karakteristik cahaya pompa (spektrum, intensitas, kualitas berkas, polarisasi) agar sesuai dengan persyaratan spesifik medium penguat. Pemompaan laser sangat mendasar dalam berbagai jenis laser, termasuk laser solid-state, semikonduktor, dan gas, dan sangat penting untuk pengoperasian laser yang efisien dan efektif.
Berbagai Jenis Laser yang Dipompa Secara Optik
1. Laser Solid-State dengan Isolator yang Didoping
· Ringkasan:Laser-laser ini menggunakan medium host yang bersifat isolator listrik dan bergantung pada 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 (near-IR) solid-state untuk pemompaan optik pertukaran spin. 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 Inframerah Dekat Solid-State untuk Pemompaan Optik Pertukaran Spin
2. Laser Semikonduktor
·Informasi Umum: Biasanya dipompa secara elektrik, laser semikonduktor juga dapat memperoleh manfaat dari pemompaan optik, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan kecerahan tinggi, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Eksternal Vertikal (VECSEL).
·Perkembangan Terkini: Karya U. Keller tentang sisir frekuensi optik dari laser solid-state dan semikonduktor ultra cepat memberikan wawasan tentang pembangkitan sisir frekuensi stabil dari laser solid-state dan semikonduktor yang dipompa dioda. Kemajuan ini sangat 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-sifat tertentu.
Sumber untuk Pemompaan Optik
Lampu PelepasanUmum digunakan pada laser yang dipompa lampu, lampu lucutan digunakan karena dayanya yang tinggi dan spektrumnya yang luas. YA Mandryko dkk. mengembangkan model daya pembangkitan lucutan busur impuls pada media aktif pemompaan optik lampu xenon laser solid-state. Model ini membantu mengoptimalkan kinerja lampu pemompa impuls, yang sangat penting untuk pengoperasian 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 tepat.
Bacaan lebih lanjut:Apa itu dioda laser?
Lampu KilatLampu kilat adalah sumber cahaya spektrum luas dan intens yang umumnya digunakan untuk memompa laser solid-state, seperti laser rubi atau Nd:YAG. Lampu ini memberikan semburan cahaya intensitas tinggi yang mengeksitasi medium laser.
Lampu BusurMirip dengan lampu kilat tetapi dirancang untuk pengoperasian terus menerus, lampu busur menawarkan sumber cahaya intens yang stabil. Lampu ini digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pengoperasian laser gelombang kontinu (CW).
LED (Dioda Pemancar Cahaya)Meskipun tidak seumum dioda laser, LED dapat digunakan untuk pemompaan optik dalam aplikasi daya rendah tertentu. Keunggulannya terletak pada masa pakainya yang lama, biaya rendah, dan ketersediaannya dalam berbagai panjang gelombang.
Sinar matahariDalam beberapa pengaturan eksperimental, sinar matahari terkonsentrasi telah digunakan sebagai sumber pompa untuk laser yang dipompa matahari. Metode ini memanfaatkan energi matahari, menjadikannya sumber terbarukan dan hemat biaya, meskipun kurang terkontrol dan kurang intens dibandingkan dengan sumber cahaya buatan.
Dioda Laser yang Terhubung dengan Serat OptikIni adalah dioda laser yang dihubungkan ke serat optik, yang mengirimkan cahaya pompa secara lebih efisien ke medium laser. Metode ini sangat berguna dalam laser serat dan dalam situasi di mana pengiriman cahaya pompa yang tepat sangat penting.
Laser LainnyaTerkadang, satu laser digunakan untuk memompa laser lain. Misalnya, laser Nd:YAG yang frekuensinya digandakan dapat digunakan untuk memompa laser pewarna. Metode ini sering digunakan ketika panjang gelombang spesifik diperlukan untuk proses pemompaan yang tidak mudah dicapai dengan sumber cahaya konvensional.
Laser solid-state yang dipompa dioda
Sumber Energi AwalProses ini dimulai dengan laser dioda, yang berfungsi sebagai sumber pompa. Laser dioda dipilih karena efisiensinya, ukurannya yang ringkas, dan kemampuannya untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
Lampu Pompa:Laser dioda memancarkan cahaya yang diserap oleh medium penguat padat. Panjang gelombang laser dioda disesuaikan agar sesuai dengan karakteristik penyerapan medium penguat.
PadatGain Medium
Bahan:Medium penguat pada laser DPSS biasanya 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 diberi tambahan ion tanah jarang (seperti Nd atau Yb), yang merupakan ion laser aktif.
Penyerapan dan Eksitasi Energi:Ketika cahaya pompa dari laser dioda memasuki medium penguatan, ion tanah jarang menyerap energi ini dan tereksitasi ke keadaan energi yang lebih tinggi.
Inversi Populasi
Mencapai Inversi Populasi:Kunci keberhasilan kerja laser adalah mencapai inversi populasi dalam medium penguatan. Ini berarti bahwa 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 tereksitasi untuk kembali ke keadaan dasar, sambil memancarkan foton dalam proses tersebut.
Resonator Optik
Cermin: Medium penguat ditempatkan di dalam resonator optik, yang biasanya dibentuk oleh dua cermin di setiap ujung medium.
Umpan Balik dan Amplifikasi: Salah satu cermin memiliki daya pantul tinggi, dan yang lainnya memiliki daya pantul sebagian. Foton memantul bolak-balik antara cermin-cermin ini, merangsang lebih banyak emisi dan memperkuat cahaya.
Emisi Laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan bersifat koheren, artinya foton-foton tersebut berada dalam fase yang sama dan memiliki panjang gelombang yang sama.
Output: Cermin yang memantulkan sebagian cahaya memungkinkan sebagian cahaya ini melewatinya, membentuk berkas laser yang keluar dari laser DPSS.
Geometri Pemompaan: Pemompaan Samping vs. Pemompaan Ujung
| Metode Pemompaan | Keterangan | Aplikasi | Keuntungan | Tantangan |
|---|---|---|---|---|
| Pemompaan Samping | Cahaya pompa dimasukkan tegak lurus terhadap medium laser. | Laser batang atau serat | Distribusi cahaya pompa yang seragam, cocok untuk aplikasi daya tinggi. | Distribusi penguatan tidak seragam, kualitas berkas lebih rendah |
| Pemompaan Akhir | Cahaya pompa diarahkan sepanjang sumbu yang sama dengan sinar laser. | Laser solid-state seperti Nd:YAG | Distribusi penguatan seragam, kualitas pancaran yang lebih tinggi. | Penyelarasan yang kompleks, pembuangan panas yang kurang efisien pada laser daya tinggi |
Persyaratan untuk Lampu Pompa yang Efektif
| Persyaratan | Pentingnya | Dampak/Keseimbangan | Catatan Tambahan |
|---|---|---|---|
| Kesesuaian Spektrum | Panjang gelombang harus sesuai dengan spektrum penyerapan 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; intensitas yang terlalu rendah tidak akan mencapai inversi populasi. | - |
| Kualitas Sinar | Sangat penting khususnya pada laser yang dipompa dari ujung. | Memastikan penyambungan yang efisien dan berkontribusi pada kualitas pancaran sinar laser. | Kualitas berkas yang 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. |
| Kebisingan Intensitas | 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