Berlangganan ke Media Sosial Kami Untuk Postingan Segera
Pada intinya, pemompaan laser adalah proses memberi energi pada suatu media untuk mencapai keadaan di mana ia dapat memancarkan sinar laser. Hal ini biasanya dilakukan dengan menyuntikkan cahaya atau arus listrik ke dalam medium, menarik atom-atomnya dan menghasilkan emisi cahaya 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 adalah proses mekanika kuantum. Ini melibatkan interaksi rumit antara foton dan struktur atom atau molekul media penguatan. Model tingkat lanjut 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 tingkat energi yang lebih tinggi. Perpindahan energi ini sangat penting untuk mencapai inversi populasi, suatu keadaan di mana lebih banyak partikel yang tereksitasi dibandingkan dengan keadaan energi yang lebih rendah, sehingga memungkinkan medium untuk memperkuat cahaya melalui emisi terstimulasi. Prosesnya melibatkan interaksi kuantum yang rumit, sering kali dimodelkan melalui persamaan laju atau kerangka mekanika kuantum yang lebih canggih. Aspek utama mencakup pilihan sumber pompa (seperti dioda laser atau lampu pelepasan), geometri pompa (pemompaan samping atau ujung), dan optimalisasi karakteristik cahaya pompa (spektrum, intensitas, kualitas pancaran, polarisasi) agar sesuai dengan kebutuhan spesifik dari pompa. mendapatkan media. Pemompaan laser sangat penting 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 Insulator Doped
· Ringkasan:Laser ini menggunakan media inang yang berinsulasi 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 IR dekat solid-state untuk pemompaan optik pertukaran putaran. 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 IR Dekat Solid-State untuk Pemompaan Optik Spin-Exchange
2. Laser Semikonduktor
·Informasi Umum: Biasanya laser semikonduktor yang dipompa secara elektrik juga dapat memperoleh manfaat dari pemompaan optik, terutama dalam aplikasi yang memerlukan kecerahan tinggi, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Eksternal Vertikal (VECSELs).
·Perkembangan Terkini: Karya U. Keller pada sisir frekuensi optik dari laser solid-state dan semikonduktor ultracepat memberikan wawasan tentang pembuatan sisir frekuensi stabil dari laser solid-state dan semikonduktor yang dipompa dioda. Kemajuan ini signifikan untuk aplikasi metrologi frekuensi optik.
Bacaan Lebih Lanjut:Sisir frekuensi optik dari laser solid-state dan semikonduktor ultracepat
3. Laser Gas
·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 Pemompaan Optik
Lampu Pelepasan: Umum pada laser yang dipompa dengan lampu, lampu pelepasan digunakan karena dayanya yang tinggi dan spektrumnya yang luas. YA Mandryko dkk. mengembangkan model daya pembangkitan pelepasan busur impuls di media aktif pemompaan optik lampu xenon laser solid-state. Model ini membantu mengoptimalkan kinerja lampu pompa impuls, yang 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 baik.
Bacaan lebih lanjut:apa itu dioda laser?
Lampu Flash: Lampu flash adalah sumber cahaya intens dan berspektrum luas yang biasanya digunakan untuk memompa laser solid-state, seperti laser rubi atau Nd:YAG. Mereka memberikan semburan cahaya berintensitas tinggi yang menggairahkan media laser.
Lampu Busur: Mirip dengan lampu flash namun dirancang untuk pengoperasian terus-menerus, lampu busur menawarkan sumber cahaya intens yang stabil. Mereka digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pengoperasian laser gelombang kontinu (CW).
LED (Dioda Pemancar Cahaya): Meskipun tidak seumum dioda laser, LED dapat digunakan untuk pemompaan optik pada aplikasi berdaya rendah tertentu. Mereka menguntungkan karena umurnya 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 yang dipompa tenaga surya. Metode ini memanfaatkan energi matahari, menjadikannya sumber terbarukan dan hemat biaya, meskipun kurang terkendali dan kurang intens dibandingkan sumber cahaya buatan.
Dioda Laser Berpasangan Serat: Ini adalah dioda laser yang digabungkan dengan serat optik, yang menyalurkan cahaya pompa ke media laser secara lebih efisien. Metode ini sangat berguna pada laser serat dan dalam situasi di mana penyampaian cahaya pompa yang tepat sangat penting.
Laser Lainnya: Terkadang, satu laser digunakan untuk memompa laser lainnya. Misalnya, laser Nd:YAG dengan frekuensi dua kali lipat mungkin 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.
Lampu Pompa:Laser dioda memancarkan cahaya yang diserap oleh media penguatan solid-state. Panjang gelombang laser dioda disesuaikan agar sesuai dengan karakteristik penyerapan media penguatan.
Solid-StateDapatkan Sedang
Bahan:Media penguatan dalam laser DPSS biasanya berupa bahan padat seperti Nd:YAG (Yttrium Aluminium Garnet yang didoping Neodymium), Nd:YVO4 (Yttrium Orthovanadate yang didoping Neodymium), atau Yb:YAG (Yttrium Aluminium Garnet yang didoping Ytterbium).
Doping:Bahan-bahan ini diolah 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-ion tanah jarang menyerap energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Inversi Populasi
Mencapai Inversi Populasi:Kunci dari tindakan laser adalah mencapai inversi populasi di media yang memperoleh keuntungan. Hal ini berarti lebih banyak ion yang berada dalam keadaan tereksitasi dibandingkan dengan 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, dan dalam prosesnya memancarkan foton.
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 reflektif sebagian. Foton memantul bolak-balik di antara cermin-cermin ini, merangsang lebih banyak emisi dan memperkuat cahaya.
Emisi Laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan bersifat koheren, artinya berada dalam satu fase dan memiliki panjang gelombang yang sama.
Keluaran: Cermin yang memantulkan sebagian memungkinkan sebagian cahaya ini melewatinya, membentuk sinar laser yang keluar dari laser DPSS.
Geometri Pemompaan: Pemompaan Samping vs. Ujung
| Metode Pemompaan | Keterangan | Aplikasi | Keuntungan | Tantangan |
|---|---|---|---|---|
| Pemompaan Samping | Cahaya pompa diperkenalkan tegak lurus terhadap media laser | Laser batang atau serat | Distribusi lampu pompa yang seragam, cocok untuk aplikasi daya tinggi | Distribusi penguatan tidak seragam, kualitas sinar lebih rendah |
| Akhiri Pemompaan | Cahaya pompa diarahkan sepanjang sumbu yang sama dengan sinar laser | Laser solid-state seperti Nd:YAG | Distribusi penguatan seragam, kualitas sinar lebih tinggi | Penyelarasan yang rumit, pembuangan panas yang kurang efisien pada laser berdaya tinggi |
Persyaratan Lampu Pompa yang Efektif
| Persyaratan | Pentingnya | Dampak/Keseimbangan | Catatan Tambahan |
|---|---|---|---|
| Kesesuaian Spektrum | Panjang gelombang harus sesuai dengan spektrum serapan media laser | Menjamin penyerapan yang efisien dan inversi populasi yang efektif | - |
| Intensitas | Harus cukup tinggi untuk tingkat eksitasi yang diinginkan | Intensitas yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan akibat panas; terlalu rendah tidak akan mencapai inversi populasi | - |
| Kualitas Balok | Sangat penting dalam laser yang dipompa akhir | Memastikan kopling yang efisien dan berkontribusi terhadap kualitas sinar laser yang dipancarkan | Kualitas sinar tinggi sangat penting untuk tumpang tindih cahaya pompa dan volume mode laser secara tepat |
| Polarisasi | Diperlukan untuk media dengan sifat anisotropik | Meningkatkan efisiensi penyerapan dan dapat mempengaruhi polarisasi sinar laser yang dipancarkan | Keadaan polarisasi khusus mungkin diperlukan |
| Intensitas Kebisingan | Tingkat kebisingan yang rendah sangatlah penting | Fluktuasi intensitas cahaya pompa dapat mempengaruhi kualitas dan stabilitas keluaran laser | Penting untuk aplikasi yang memerlukan stabilitas dan presisi tinggi |
Waktu posting: 01 Des-2023