Prenumeruokite mūsų socialinę žiniasklaidą, kad gautumėte greitus įrašus
Iš esmės lazerio siurbimas yra terpės energijos tiekimo procesas, kad būtų pasiekta būsena, kurioje ji gali skleisti lazerio šviesą. Paprastai tai daroma į terpę įpurškiant šviesą arba elektros srovę, sužadinant jos atomus ir skleidžiant nuoseklią šviesą. Šis pamatinis procesas labai pasikeitė nuo pirmųjų lazerių atsiradimo XX amžiaus viduryje.
Nors dažnai modeliuojamas pagal greičio lygtis, lazerio siurbimas iš esmės yra kvantinis mechaninis procesas. Tai apima sudėtingą fotonų ir stiprinimo terpės atominės arba molekulinės struktūros sąveiką. Išplėstiniuose modeliuose atsižvelgiama į tokius reiškinius kaip Rabi svyravimai, kurie leidžia geriau suprasti šias sąveikas.
Lazerinis siurbimas yra procesas, kurio metu energija, paprastai šviesos arba elektros srovės pavidalu, tiekiama į lazerio stiprinimo terpę, kad jo atomai ar molekulės būtų aukštesnės energijos būsenos. Šis energijos perdavimas yra labai svarbus norint pasiekti populiacijos inversiją – būseną, kai sužadinama daugiau dalelių nei mažesnės energijos būsenoje, todėl terpė gali sustiprinti šviesą per stimuliuojamą emisiją. Procesas apima sudėtingas kvantines sąveikas, dažnai modeliuojamas naudojant greičio lygtis arba pažangesnes kvantines mechanines sistemas. Pagrindiniai aspektai apima siurblio šaltinio (pvz., lazerinių diodų ar išlydžio lempų) pasirinkimą, siurblio geometriją (šoninį arba galinį siurbimą) ir siurblio šviesos charakteristikų (spektro, intensyvumo, pluošto kokybės, poliarizacijos) optimizavimą, kad atitiktų konkrečius įrenginio reikalavimus. įgyti vidutinį. Lazerinis siurbimas yra labai svarbus įvairių tipų lazeriams, įskaitant kietojo kūno, puslaidininkinius ir dujinius lazerius, ir yra būtinas efektyviam ir efektyviam lazerio veikimui.
Optiškai pumpuojamų lazerių veislės
1. Kietojo kūno lazeriai su legiruotais izoliatoriais
· Apžvalga:Šie lazeriai naudoja elektrą izoliuojančią pagrindinę terpę ir remiasi optiniu siurbimu, kad įjungtų lazeriu aktyvius jonus. Dažnas pavyzdys yra neodimis YAG lazeriuose.
·Naujausi tyrimai:A. Antipov ir kt. aptariamas kietojo kūno artimojo IR lazeris, skirtas sukimosi keitimo optiniam siurbimui. Šis tyrimas pabrėžia kietojo kūno lazerių technologijos pažangą, ypač artimojo infraraudonųjų spindulių spektre, kuris yra labai svarbus tokioms programoms kaip medicininis vaizdavimas ir telekomunikacijos.
Tolesnis skaitymas:Kietojo kūno artimojo IR lazeris, skirtas sukimosi keitimo optiniam siurbimui
2. Puslaidininkiniai lazeriai
·Bendra informacija: Paprastai elektra siurbiami puslaidininkiniai lazeriai taip pat gali būti naudingi optiniam siurbimui, ypač tais atvejais, kai reikia didelio ryškumo, pvz., vertikalių išorinių ertmių paviršių spinduliuojantys lazeriai (VECSEL).
·Naujausi įvykiai: U. Kellerio darbas, susijęs su optinio dažnio šukomis iš itin greitų kietojo kūno ir puslaidininkinių lazerių, suteikia įžvalgų apie stabilaus dažnio šukų generavimą iš diodu pumpuojamų kietojo kūno ir puslaidininkinių lazerių. Ši pažanga yra svarbi optinio dažnio metrologijos taikymams.
Tolesnis skaitymas:Optinio dažnio šukos iš itin greitų kietojo kūno ir puslaidininkinių lazerių
3. Dujiniai lazeriai
·Optinis siurbimas dujų lazeriuose: tam tikrų tipų dujų lazeriuose, pavyzdžiui, šarminių garų lazeriuose, naudojamas optinis siurbimas. Šie lazeriai dažnai naudojami tais atvejais, kai reikalingi nuoseklūs šviesos šaltiniai su specifinėmis savybėmis.
Optinio siurbimo šaltiniai
Išlydžio lempos: Įprastos lempomis siurbiamuose lazeriuose, išlydžio lempos naudojamos dėl didelės galios ir plataus spektro. YA Mandryko ir kt. sukurtas impulsinio lankinio išlydžio generavimo galios modelis kietojo kūno lazerių aktyviosios terpės optinio siurbimo ksenoninėse lempose. Šis modelis padeda optimizuoti impulsų siurbimo lempų veikimą, kuris yra labai svarbus efektyviam lazerio veikimui.
Lazeriniai diodai:Naudojami diodiniais lazeriais, lazeriniai diodai turi tokius pranašumus kaip didelis efektyvumas, kompaktiškas dydis ir galimybė tiksliai derinti.
Daugiau skaitymo:kas yra lazerinis diodas?
Blykstės lempos: Blykstės lempos yra intensyvūs plataus spektro šviesos šaltiniai, dažniausiai naudojami kietojo kūno lazeriams, pvz., rubino arba Nd:YAG lazeriams, pumpuoti. Jie suteikia didelio intensyvumo šviesos pliūpsnį, kuris sužadina lazerio terpę.
Lankinės lempos: panašios į blykstės lempas, bet skirtos nuolatiniam veikimui, lankinės lempos yra nuolatinis intensyvios šviesos šaltinis. Jie naudojami tais atvejais, kai reikalingas nuolatinės bangos (CW) lazerio veikimas.
LED (šviesos diodai): Nors šviesos diodai nėra tokie įprasti kaip lazeriniai diodai, jie gali būti naudojami optiniam siurbimui tam tikrose mažos galios programose. Jie yra naudingi dėl ilgo tarnavimo laiko, mažos kainos ir prieinamumo įvairiais bangos ilgiais.
Saulės šviesa: Kai kuriose eksperimentinėse sistemose koncentruota saulės šviesa buvo naudojama kaip saulės energiją naudojančių lazerių siurblio šaltinis. Šis metodas naudoja saulės energiją, todėl jis yra atsinaujinantis ir ekonomiškas šaltinis, nors jis yra mažiau valdomas ir mažiau intensyvus, palyginti su dirbtiniais šviesos šaltiniais.
Skaiduliniai lazeriniai diodai: Tai lazeriniai diodai, sujungti su optinėmis skaidulomis, kurios efektyviau perduoda siurblio šviesą į lazerio terpę. Šis metodas ypač naudingas naudojant pluoštinius lazerius ir tais atvejais, kai labai svarbu tiksliai tiekti siurblio šviesą.
Kiti lazeriai: Kartais vienas lazeris naudojamas kitam siurbti. Pavyzdžiui, dažų lazeriui pumpuoti gali būti naudojamas dvigubo dažnio Nd: YAG lazeris. Šis metodas dažnai naudojamas, kai siurbimo procesui reikalingi tam tikri bangos ilgiai, kurie nėra lengvai pasiekiami naudojant įprastinius šviesos šaltinius.
Diodu pumpuojamas kietojo kūno lazeris
Pradinis energijos šaltinis: Procesas prasideda diodiniu lazeriu, kuris yra siurblio šaltinis. Diodiniai lazeriai parenkami dėl jų efektyvumo, kompaktiško dydžio ir gebėjimo skleisti šviesą tam tikru bangos ilgiu.
Siurblio lemputė:Diodinis lazeris skleidžia šviesą, kurią sugeria kietojo kūno stiprinimo terpė. Diodinio lazerio bangos ilgis yra pritaikytas taip, kad atitiktų stiprinimo terpės sugerties charakteristikas.
Kietosios būsenosĮgyti vidutinį
Medžiaga:DPSS lazerių stiprinimo terpė paprastai yra kietojo kūno medžiaga, tokia kaip Nd:YAG (neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas), Nd:YVO4 (neodimiu legiruotas itrio ortovanadatas) arba Yb:YAG (iterio aliuminio granatas).
Dopingas:Šios medžiagos yra legiruotos retųjų žemių jonais (pvz., Nd arba Yb), kurie yra aktyvieji lazerio jonai.
Energijos absorbcija ir sužadinimas:Kai diodinio lazerio siurblio šviesa patenka į stiprinimo terpę, retųjų žemių jonai sugeria šią energiją ir susijaudina į aukštesnės energijos būsenas.
Gyventojų inversija
Gyventojų inversijos pasiekimas:Lazerio veikimo raktas yra populiacijos inversija stiprinimo terpėje. Tai reiškia, kad daugiau jonų yra sužadintoje būsenoje nei pagrindinėje būsenoje.
Stimuliuota emisija:Pasiekus populiacijos inversiją, fotono, atitinkančio energijos skirtumą tarp sužadintos ir pagrindinės būsenos, įvedimas gali paskatinti sužadintus jonus grįžti į pradinę būseną, išspinduliuojant fotoną.
Optinis rezonatorius
Veidrodžiai: stiprinimo terpė dedama į optinį rezonatorių, kurį paprastai sudaro du veidrodžiai kiekviename terpės gale.
Atsiliepimai ir stiprinimas: vienas iš veidrodžių puikiai atspindi, o kitas – iš dalies. Fotonai šokinėja pirmyn ir atgal tarp šių veidrodžių, skatindami daugiau emisijų ir sustiprindami šviesą.
Lazerio emisija
Nuosekli šviesa: Išspinduliuojami fotonai yra koherentiniai, tai reiškia, kad jie yra fazėje ir turi tokį patį bangos ilgį.
Išvestis: iš dalies atspindintis veidrodis praleidžia dalį šios šviesos, sudarydamas lazerio spindulį, kuris išeina iš DPSS lazerio.
Siurbimo geometrijos: šoninis ir galinis siurbimas
| Siurbimo metodas | Aprašymas | Programos | Privalumai | Iššūkiai |
|---|---|---|---|---|
| Šoninis siurbimas | Siurblio šviesa įvedama statmenai lazerio terpei | Strypiniai arba pluoštiniai lazeriai | Tolygus siurblio šviesos paskirstymas, tinka didelės galios įrenginiams | Netolygus stiprinimo pasiskirstymas, prastesnė pluošto kokybė |
| Siurbimo pabaiga | Siurblio šviesa nukreipta išilgai tos pačios ašies kaip ir lazerio spindulys | Kietojo kūno lazeriai, tokie kaip Nd:YAG | Tolygus stiprinimo pasiskirstymas, aukštesnė pluošto kokybė | Sudėtingas lygiavimas, mažiau efektyvus šilumos išsklaidymo didelės galios lazeriuose |
Efektyvios siurblio šviesos reikalavimai
| Reikalavimas | Svarba | Poveikis / balansas | Papildomos pastabos |
|---|---|---|---|
| Spektro tinkamumas | Bangos ilgis turi atitikti lazerio terpės sugerties spektrą | Užtikrina efektyvų įsisavinimą ir efektyvų populiacijos inversiją | - |
| Intensyvumas | Turi būti pakankamai aukštas norimam sužadinimo lygiui | Per didelis intensyvumas gali sukelti šiluminę žalą; per žema populiacijos inversija nepasieks | - |
| Sijos kokybė | Ypač svarbus galutinio siurblio lazeriuose | Užtikrina efektyvų sujungimą ir prisideda prie skleidžiamo lazerio spindulio kokybės | Aukštos šviesos kokybė yra labai svarbi norint tiksliai sutapti siurblio šviesos ir lazerio režimo garsumo |
| Poliarizacija | Reikalingas terpėms, turinčioms anizotropinių savybių | Padidina sugerties efektyvumą ir gali paveikti skleidžiamos lazerio šviesos poliarizaciją | Gali prireikti specifinės poliarizacijos būsenos |
| Intensyvumas Triukšmas | Žemas triukšmo lygis yra labai svarbus | Siurblio šviesos intensyvumo svyravimai gali turėti įtakos lazerio išvesties kokybei ir stabilumui | Svarbu naudoti, kai reikia didelio stabilumo ir tikslumo |
Paskelbimo laikas: 2023-01-01