Abonneer u op onze sociale media voor een snel bericht
In essentie is laserpompen het proces van energie van een medium om een toestand te bereiken waar het laserlicht kan uitzenden. Dit wordt meestal gedaan door licht of elektrische stroom in het medium te injecteren, zijn atomen opwindend en leidt tot de emissie van coherent licht. Dit fundamentele proces is aanzienlijk geëvolueerd sinds de komst van de eerste lasers in het midden van de 20e eeuw.
Hoewel vaak gemodelleerd door snelheidsvergelijkingen, is laserpompen fundamenteel een kwantummechanisch proces. Het omvat ingewikkelde interacties tussen fotonen en de atomaire of moleculaire structuur van het versterkingsmedium. Geavanceerde modellen beschouwen fenomenen zoals rabi -oscillaties, die een genuanceerder begrip van deze interacties bieden.
Laserpompen is een proces waarbij energie, meestal in de vorm van licht of elektrische stroom, wordt geleverd aan het versterkingsmedium van een laser om zijn atomen of moleculen naar hogere energietoestanden te verhogen. Deze energieoverdracht is cruciaal voor het bereiken van populatie -inversie, een toestand waar meer deeltjes opgewonden zijn dan in een lagere energietoestand, waardoor het medium licht kan versterken via gestimuleerde emissie. Het proces omvat ingewikkelde kwantuminteracties, vaak gemodelleerd door snelheidsvergelijkingen of meer geavanceerde kwantummechanische kaders. Belangrijke aspecten zijn de keuze van de pompbron (zoals laserdioden of afvoerlampen), pompgeometrie (zijkant of eindpomp) en de optimalisatie van pomplichteigenschappen (spectrum, intensiteit, bundelkwaliteit, polarisatie) om te voldoen aan de specifieke vereisten van het versterkingsmedium. Laserpompen is van fundamenteel belang in verschillende lasertypen, waaronder vaste toestand, halfgeleider en gaslasers, en is essentieel voor de efficiënte en effectieve werking van de laser.
Variëteiten van optisch gepompte lasers
1. Solid-state lasers met gedoteerde isolatoren
· Overzicht:Deze lasers gebruiken een elektrisch isolerend hostmedium en vertrouwen op optisch pompen om laser-actieve ionen te bekrachtigen. Een veel voorkomend voorbeeld is neodymium in YAG -lasers.
·Recent onderzoek:Een studie door A. Antipov et al. Bespreekt een vaste staten in de buurt van IR-laser voor optische pompen van spin-uiteensituatie. Dit onderzoek benadrukt de vooruitgang in solid-state lasertechnologie, met name in het bijna-infraroodspectrum, wat cruciaal is voor toepassingen zoals medische beeldvorming en telecommunicatie.
Verder lezen:Een vaste toestand in de buurt van IR-laser voor optische pompen van spin-uitwisseling
2. Semiconductor Lasers
·Algemene informatie: meestal elektrisch gepompt, kunnen halfgeleiderlasers ook profiteren van optisch pompen, vooral in toepassingen die een hoge helderheid vereisen, zoals verticale externe holtoppervlak die lasers emitteren (vecsel).
·Recente ontwikkelingen: het werk van U. Keller aan optische frequentiekammen van ultrasnelle vaste toestand en halfgeleider Lasers biedt inzichten in het genereren van stabiele frequentiekammen uit diode-gepomde vaste toestand en halfgeleiderlasers. Deze vooruitgang is belangrijk voor toepassingen in optische frequentiemetrologie.
Verder lezen:Optische frequentiekammen van ultrasnelle vaste toestand en halfgeleiderlasers
3. Gaslasers
·Optisch pompen in gaslazers: bepaalde soorten gaslasers, zoals alkali -damplasers, maken gebruik van optisch pompen. Deze lasers worden vaak gebruikt in toepassingen die coherente lichtbronnen vereisen met specifieke eigenschappen.
Bronnen voor optisch pompen
Ontladingslampen: Gebruikelijk in lasers met lampjes, ontladingslampen worden gebruikt voor hun hoge vermogen en breed spectrum. Ya Mandryko et al. Een vermogensmodel ontwikkeld voor het genereren van impulsbogen in actieve media optische pompe xenonlampen van lasers in vaste toestand. Dit model helpt bij het optimaliseren van de prestaties van impuls pomplampen, cruciaal voor een efficiënte laserwerking.
Laserdodes:Gebruikt in diode-gepompte lasers, bieden laserdioden voordelen zoals hoog rendement, compacte grootte en de mogelijkheid om fijn afgestemd te worden.
Verder lezen:Wat is een laserdiode?
Flitslampen: Flash-lampen zijn intense bronnen met breed spectrum die vaak worden gebruikt voor het pompen van lasers in vaste toestand, zoals Ruby of ND: YAG Lasers. Ze bieden een hoge intensiteitsuitbarsting van licht die het lasermedium opwindt.
Booglampen: Vergelijkbaar met flashlampen maar ontworpen voor continue werking, booglampen bieden een gestage bron van intens licht. Ze worden gebruikt in toepassingen waar continue wave (CW) laserbewerking vereist is.
LED's (lichte emitting diodes): Hoewel niet zo gebruikelijk als laserdioden, kunnen LED's worden gebruikt voor optisch pompen in bepaalde toepassingen met een laag vermogen. Ze zijn voordelig vanwege hun lange levensduur, lage kosten en beschikbaarheid in verschillende golflengten.
Zonlicht: In sommige experimentele opstellingen is geconcentreerd zonlicht gebruikt als een pompbron voor lasers met zonnepomp. Deze methode maakt gebruik van zonne-energie, waardoor het een hernieuwbare en kosteneffectieve bron is, hoewel het minder controleerbaar en minder intens is in vergelijking met kunstmatige lichtbronnen.
Vezel-gekoppelde laserdodes: Dit zijn laserdioden gekoppeld aan optische vezels, die het pomplicht efficiënter leveren aan het lasermedium. Deze methode is met name nuttig bij vezellasers en in situaties waar precieze levering van pomplicht cruciaal is.
Andere lasers: Soms wordt de ene laser gebruikt om een andere te pompen. Een frequentie verdubbeld ND: YAG-laser kan bijvoorbeeld worden gebruikt om een kleurstoflaser te pompen. Deze methode wordt vaak gebruikt wanneer specifieke golflengten vereist zijn voor het pompproces dat niet gemakkelijk kan worden bereikt met conventionele lichtbronnen.
Diode-gepompte vaste toestand laser
Eerste energiebron: Het proces begint met een diodelaser, die dient als de pompbron. Diode -lasers worden gekozen vanwege hun efficiëntie, compacte grootte en het vermogen om licht uit te stoten bij specifieke golflengten.
Pomplicht:De diodelaser stoot licht uit dat wordt geabsorbeerd door het vaste-toestandenversterkingsmedium. De golflengte van de diodelaser is afgestemd op de absorptiekarakteristieken van het versterkingsmedium.
Vaste toestandMedium krijgen
Materiaal:Het versterkingsmedium in DPSS-lasers is typisch een vaste toestandsmateriaal zoals ND: YAG (neodymium-gedoteerd yttrium aluminium granaat), ND: YvO4 (neodymium-gedoteerd yttrium orthovanadaat), of YB: YAG (ytterbium-gedopd yttrium aluminium garnet).
Doping:Deze materialen zijn gedoteerd met zeldzame-aarde-ionen (zoals ND of YB), de actieve laserionen.
Energie -absorptie en excitatie:Wanneer het pomplampje uit de diodelaser het versterkingsmedium binnenkomt, absorberen de zeldzame aardsionen deze energie en worden ze opgewonden naar hogere energietoestanden.
Bevolking inversie
Populatie -inversie bereiken:De sleutel tot laseractie is het bereiken van een populatie -inversie in het versterkingsmedium. Dit betekent dat meer ionen in een opgewonden toestand zijn dan in de grondstaat.
Gestimuleerde emissie:Zodra de populatie -inversie is bereikt, kan de introductie van een foton dat overeenkomt met het energieverschil tussen de geëxciteerde en grondstaten de geëxciteerde ionen stimuleren om terug te keren naar de grondtoestand, waardoor een foton in het proces wordt uitgezonden.
Optische resonator
Mirrors: het versterkingsmedium wordt in een optische resonator geplaatst, meestal gevormd door twee spiegels aan elk uiteinde van het medium.
Feedback en versterking: een van de spiegels is zeer reflecterend en de andere is gedeeltelijk reflecterend. Fotonen stuiteren heen en weer tussen deze spiegels, stimuleren meer emissies en versterking van het licht.
Laseremissie
Coherent licht: de uitgestoten fotonen zijn coherent, wat betekent dat ze in fase zijn en dezelfde golflengte hebben.
Uitgang: de gedeeltelijk reflecterende spiegel laat een deel van dit licht doorgaan, waardoor de laserstraal wordt gevormd die de DPSS -laser verlaat.
Pomp geometrieën: zijkant versus eindpompen
| Pompmethode | Beschrijving | Toepassingen | Voordelen | Uitdagingen |
|---|---|---|---|---|
| Zijpompen | Pomplicht geïntroduceerd loodrecht op het lasermedium | Staaf- of vezellasers | Uniforme verdeling van pomplicht, geschikt voor krachtige toepassingen | Niet-uniforme versterkingsverdeling, lagere bundelkwaliteit |
| Einde pompen | Pomplampje gericht langs dezelfde as als de laserstraal | Solid-state lasers zoals ND: YAG | Uniforme versterkingsverdeling, hogere straalkwaliteit | Complexe uitlijning, minder efficiënte warmte-dissipatie bij krachtige lasers |
Vereisten voor effectief pomplicht
| Vereiste | Belang | Impact/evenwicht | Aanvullende aantekeningen |
|---|---|---|---|
| Spectrum geschiktheid | Golflengte moet overeenkomen met het absorptiespectrum van het lasermedium | Zorgt voor efficiënte absorptie en effectieve populatie -inversie | - |
| Intensiteit | Moet hoog genoeg zijn voor het gewenste excitatieniveau | Overdreven hoge intensiteiten kunnen thermische schade veroorzaken; Te laag zal de populatie -inversie niet bereiken | - |
| Straalkwaliteit | Bijzonder kritisch in eindpomp lasers | Zorgt voor efficiënte koppeling en draagt bij aan uitgestoten laserstraalkwaliteit | Kwaliteit met een hoge balk is cruciaal voor een precieze overlapping van pomplicht en lasermodusvolume |
| Polarisatie | Vereist voor media met anisotrope eigenschappen | Verbetert de absorptie -efficiëntie en kan de uitgestraalde laserlichtpolarisatie beïnvloeden | Specifieke polarisatietoestand kan nodig zijn |
| Intensiteitsgeluid | Lage geluidsniveaus zijn cruciaal | Schommelingen in pomplichtintensiteit kunnen de kwaliteit en stabiliteit van de laseruitgang beïnvloeden | Belangrijk voor toepassingen die een hoge stabiliteit en precisie vereisen |
Posttijd: dec-01-2023