Подпишитесь на наши социальные сети для быстрого поста
В своей сущности лазерная накачка - это процесс энергии среды для достижения состояния, где он может излучать лазерный свет. Обычно это делается путем инъекции света или электрического тока в среду, захватывая его атомы и приводит к излучению когерентного света. Этот основополагающий процесс значительно развился с момента появления первых лазеров в середине 20-го века.
Несмотря на то, что лазерная накачка часто моделируется уравнением скорости, в основном является квантовым механическим процессом. Он включает в себя сложные взаимодействия между фотонами и атомной или молекулярной структурой усилительной среды. Усовершенствованные модели рассматривают такие явления, как колебания раби, которые обеспечивают более тонкое понимание этих взаимодействий.
Лазерная накачка - это процесс, в котором энергия, обычно в форме света или электрического тока, поставляется в среду усиления лазера, чтобы поднять его атомы или молекулы в состояниях с более высокой энергией. Этот перенос энергии имеет решающее значение для достижения инверсии популяции, состояние, в котором возбуждено больше частиц, чем в более низком энергетическом состоянии, что позволяет среде усиливать свет посредством стимулированного излучения. Процесс включает в себя сложные квантовые взаимодействия, часто моделируемые через уравнения скорости или более продвинутые квантовые механические рамки. Ключевые аспекты включают в себя выбор источника насоса (например, лазерные диоды или загрязненные лампы), геометрию насоса (сторона или конечная накачка), а также оптимизацию характеристик света насоса (спектр, интенсивность, качество луча, поляризация), чтобы соответствовать конкретным требованиям среды усиления. Лазерная накачка является фундаментальной в различных лазерных типах, включая твердотельный, полупроводник и газовые лазеры, и имеет важное значение для эффективной и эффективной работы лазера.
Разновидности оптических накачиваемых лазеров
1. Твердовые лазеры с легированными изоляторами
· Обзор:Эти лазеры используют электрически изолирующую среду хозяина и полагаются на оптическую накачку, чтобы зарядить лазер-активные ионы. Общим примером является неодим в лазерах YAG.
·Недавнее исследование:Исследование A. Antipov et al. Обсуждает твердотельный лазер вблизи IR для оптической накачки с помощью спин-обмена. Это исследование подчеркивает достижения в области твердотельной лазерной технологии, особенно в ближнем инфракрасном спектре, что имеет решающее значение для таких приложений, как медицинская визуализация и телекоммуникации.
Дальнейшее чтение:Твердотельный лазер вблизи IR для оптической накачки с помощью спин-обмена
2. Полупроводниковые лазеры
·Общая информация: Обычно электрически накачиваемые, полупроводниковые лазеры также могут извлечь выгоду из оптической накачки, особенно в приложениях, требующих высокой яркости, таких как вертикальная внешняя полость, излучающие лазеры (VECSELS).
·Последние разработки: работа У. Келлера по оптическим частотным расческах из сверхбыстрых твердотельных и полупроводниковых лазеров дает представление о генерации устойчивых частотных расчесок из диодных твердотельных и полупроводниковых лазеров. Этот прогресс является значимым для применений в оптической частотной метрологии.
Дальнейшее чтение:Оптические частотные расколы из сверхбыстрые твердые и полупроводниковые лазеры
3. Газовые лазеры
·Оптическая накачка в газовых лазерах: определенные виды газовых лазеров, такие как щелочные паровую лазеры, используют оптическую накачку. Эти лазеры часто используются в приложениях, требующих когерентных источников света с определенными свойствами.
Источники оптической накачки
Лампы разряда: Распространенные лазеры, накапливаемые лазеры, используются для их высокой мощности и широкого спектра. Ya Mandryko et al. Разработала модель мощности генерации импульсной дуги в активной среде оптической насосной ксеноновой лампы из твердотельных лазеров. Эта модель помогает оптимизировать производительность импульсных насосных ламп, что имеет решающее значение для эффективной лазерной работы.
Лазерные диоды:Используемые в лазерах с диодом, лазерные диоды предлагают такие преимущества, как высокая эффективность, компактный размер и способность быть точно настроенной.
Дальнейшее чтение:Что такое лазерный диод?
Флеш -лампы: Флэш-лампы представляют собой интенсивные источники света широкого спектра, которые обычно используются для накачки твердотельных лазеров, таких как Ruby или ND: YAG-лазеры. Они обеспечивают высокую интенсивную всплеск света, который возбуждает лазерную среду.
Дуговые лампы: Подобно флэш -лампам, но предназначенные для непрерывной работы, дуговые лампы предлагают устойчивый источник интенсивного света. Они используются в приложениях, где требуется лазерная работа непрерывной волны (CW).
Светодиоды (светооборотные диоды): Хотя это и не так распространено, как лазерные диоды, светодиоды могут использоваться для оптической накачки в определенных приложениях с низким энергопотреблением. Они выгодны из -за их долгого срока службы, низкой стоимости и доступности на различных длин волн.
Солнечный свет: В некоторых экспериментальных установках концентрированный солнечный свет использовался в качестве источника насоса для лазеров на солнечной энергии. Этот метод использует солнечную энергию, что делает его возобновляемым и экономически эффективным источником, хотя он менее управляемый и менее интенсивный по сравнению с искусственными источниками света.
Волокно-связанные лазерные диоды: Это лазерные диоды, соединенные с оптическими волокнами, которые более эффективно доставляют насос в лазерной среде. Этот метод особенно полезен в лазерах волокна и в ситуациях, когда точная доставка насоса имеет решающее значение.
Другие лазерыИногда один лазер используется для накачки другого. Например, для накачки лазера красителя может использоваться лазер с частотой. Этот метод часто используется, когда для процесса накачки требуются конкретные длины волн, которым нелегко достичь обычных источников света.
Диод накапливается твердотельный лазер
Начальный источник энергии: Процесс начинается с диодного лазера, который служит источником насоса. Диодные лазеры выбираются для их эффективности, компактного размера и способности выделять свет на определенных длинах волн.
Насос светильДиодный лазер испускает свет, который поглощается средой усиления твердого штата. Длина волны диодного лазера адаптирована в соответствии с характеристиками поглощения усилительной среды.
Твердый штатПолучить среду
Материал:Усиная среда в лазерах DPSS, как правило, является твердотельным материалом, таким как ND: YAG (легированный неодимием алюминиевый гранат иттрия), ND: YVO4 (легированный неодимием ортованадат иттрия, легированный иттриум), или YB: YAG (гаранат с иттриум-алюмином).
Допинг:Эти материалы легируют ионами редкоземельной земли (например, ND или YB), которые являются активными лазерными ионами.
Поглощение энергии и возбуждение:Когда свет насоса от диодного лазера попадает в среду усиления, ионы редкоземельной зоны поглощают эту энергию и возбуждаются до состояниях с более высокой энергией.
Инверсия населения
Достижение инверсии населения:Ключом к лазерному действию является достижение инверсии населения в среде усиления. Это означает, что в возбужденном состоянии больше ионов, чем в основном состоянии.
Стимулированная эмиссия:Как только инверсия населения достигнута, введение фотона, соответствующего разнице в энергии между возбужденными и основными состояниями, может стимулировать возбужденные ионы для возвращения в основное состояние, испуская фотон в процессе.
Оптический резонатор
Зеркала: среда усиления помещается в оптический резонатор, обычно образующийся двумя зеркалами на каждом конце среды.
Обратная связь и усиление: одно из зеркал очень отражает, а другое частично отражает. Фотоны отскакивают вперед и назад между этими зеркалами, стимулируя больше выбросов и усиливая свет.
Лазерная эмиссия
Когерентный свет: излучаемые фотоны являются когерентными, что означает, что они находятся в фазе и имеют одинаковую длину волны.
Выход: частично отражающее зеркало позволяет пройти часть этого света, образуя лазерный луч, который выходит из лазера DPSS.
Геометрия накачки: сторона против конца перекачиваемость
| Метод накачки | Описание | Приложения | Преимущества | Проблемы |
|---|---|---|---|---|
| Боковая накачка | Свет насоса, введенный перпендикулярно лазерной среде | Стержневые лазеры | Равномерное распределение света насоса, подходящее для мощных применений | Неравномерное распределение усиления, более низкое качество луча |
| Конец перекачки | Свет насоса направлен вдоль той же оси, что и лазерный луч | Твердые лазеры, такие как ND: YAG | Распределение равномерного усиления, более высокое качество луча | Комплексное выравнивание, менее эффективное рассеяние тепла в мощных лазерах |
Требования к эффективному свету насоса
| Требование | Значение | Удар/баланс | Дополнительные примечания |
|---|---|---|---|
| Спектр пригодности | Длина волны должна соответствовать спектру поглощения лазерной среды | Обеспечивает эффективное поглощение и эффективную инверсию населения | - |
| Интенсивность | Должен быть достаточно высоким для желаемого уровня возбуждения | Чрезмерно высокая интенсивность может вызвать тепловые повреждения; Слишком низкий не достигнет инверсии населения | - |
| Качество луча | Особенно критично в лазерах с конечным набором | Обеспечивает эффективную связь и способствует качеству излученного лазерного луча | Высокое качество луча имеет решающее значение для точного перекрытия света насоса и объема лазерной моды |
| Поляризация | Требуется для СМИ с анизотропными свойствами | Повышает эффективность поглощения и может повлиять на испускаемую лазерную поляризацию | Конкретное состояние поляризации может потребоваться |
| Интенсивность шума | Низкий уровень шума имеет решающее значение | Колебания интенсивности света насоса могут повлиять на качество и стабильность лазера | Важно для приложений, требующих высокой стабильности и точности |
Пост времени: декабрь-01-2023