برای ارسال سریع در رسانه های اجتماعی ما مشترک شوید
در ذات آن ، پمپاژ لیزر فرایند انرژی بخشیدن به یک رسانه برای دستیابی به وضعیتی است که می تواند نور لیزر را ساطع کند. This is typically done by injecting light or electrical current into the medium, exciting its atoms and leading to the emission of coherent light. این فرایند بنیادی از زمان ظهور اولین لیزرها در اواسط قرن بیستم به طور قابل توجهی تکامل یافته است.
در حالی که اغلب توسط معادلات نرخ مدل سازی می شود ، پمپاژ لیزر اساساً یک فرآیند مکانیکی کوانتومی است. این شامل تعامل پیچیده بین فوتون ها و ساختار اتمی یا مولکولی محیط افزایش است. مدلهای پیشرفته پدیده هایی مانند نوسانات ربی را در نظر می گیرند ، که درک ظریف تری از این تعامل ها ارائه می دهند.
Laser pumping is a process where energy, typically in the form of light or electrical current, is supplied to a laser's gain medium to elevate its atoms or molecules to higher energy states. This energy transfer is crucial for achieving population inversion, a state where more particles are excited than in a lower energy state, enabling the medium to amplify light via stimulated emission. این فرایند شامل تعامل کوانتومی پیچیده است که اغلب از طریق معادلات نرخ یا چارچوب های مکانیکی کوانتومی پیشرفته تر مدل می شوند. Key aspects include the choice of pump source (like laser diodes or discharge lamps), pump geometry (side or end pumping), and the optimization of pump light characteristics (spectrum, intensity, beam quality, polarization) to match the specific requirements of the gain medium. Laser pumping is fundamental in various laser types, including solid-state, semiconductor, and gas lasers, and is essential for the laser's efficient and effective operation.
انواع لیزرهای نوری پمپ شده
1. لیزرهای حالت جامد با عایق های دوپ شده
· بررسی اجمالی:این لیزرها از یک محیط میزبان عایق الکتریکی استفاده می کنند و به پمپاژ نوری متکی هستند تا یونهای فعال لیزر را انرژی دهند. یک مثال متداول Neodymium در لیزرهای YAG است.
·تحقیقات اخیر:یک مطالعه توسط A. Antipov و همکاران. در مورد لیزر نزدیک IR در حالت جامد برای پمپاژ نوری تبادل چرخش بحث می کند. This research highlights the advancements in solid-state laser technology, particularly in the near-infrared spectrum, which is crucial for applications like medical imaging and telecommunications.
خواندن بیشتر:یک لیزر نزدیک IR با حالت جامد برای پمپاژ نوری تبادل چرخش
2. لیزرهای نیمه هادی
·
·Recent Developments: U. Keller's work on optical frequency combs from ultrafast solid-state and semiconductor lasers provides insights into the generation of stable frequency combs from diode-pumped solid-state and semiconductor lasers. این پیشرفت برای برنامه های کاربردی در اندازه گیری فرکانس نوری قابل توجه است.
خواندن بیشتر:شانه های فرکانس نوری از لیزرهای حالت جامد و نیمه هادی Ultrafast
3 لیزرهای گاز
·پمپاژ نوری در لیزرهای گاز: انواع خاصی از لیزرهای گاز ، مانند لیزرهای بخار قلیایی ، از پمپاژ نوری استفاده می کنند. این لیزرها اغلب در برنامه هایی که به منابع نور منسجم با خواص خاص نیاز دارند استفاده می شود.
منابع پمپاژ نوری
لامپ های تخلیه: رایج در لیزرهای پمپ لامپ ، از لامپ های تخلیه برای قدرت بالا و طیف گسترده آنها استفاده می شود. Ya Mandryko و همکاران. یک مدل قدرت از تولید تخلیه ARC Impulse در لامپ های زنون پمپاژ نوری فعال در رسانه های فعال از لیزرهای حالت جامد ایجاد کرد. این مدل به بهینه سازی عملکرد لامپ های پمپاژ ضربه ، برای عملکرد لیزر کارآمد کمک می کند.
دیودهای لیزری:دیودهای لیزری که در لیزرهای پمپ دیود استفاده می شود ، مزایایی مانند راندمان بالا ، اندازه جمع و جور و توانایی تنظیم دقیق را ارائه می دهد.
خواندن بیشتر:دیود لیزر چیست؟
لامپ های فلش: لامپ های فلش منابع نور شدید و گسترده ای هستند که معمولاً برای پمپاژ لیزرهای حالت جامد مانند لیزرهای Ruby یا ND: YAG استفاده می شوند. آنها پشت سر هم با شدت بالایی از نور را فراهم می کنند که محیط لیزر را هیجان زده می کند.
لامپهای قوس: مشابه لامپ های فلش اما برای عملکرد مداوم طراحی شده است ، لامپ های قوس منبع پایدار نور شدید را ارائه می دهند. آنها در برنامه هایی استفاده می شوند که عملکرد لیزر موج مداوم (CW) مورد نیاز است.
LED ها (دیودهای ساطع کننده نور): در حالی که به اندازه دیودهای لیزر رایج نیست ، LED ها می توانند برای پمپاژ نوری در برخی از برنامه های کم مصرف استفاده شوند. آنها به دلیل عمر طولانی ، کم هزینه و در دسترس بودن در طول موج های مختلف سودمند هستند.
نور خورشید: در برخی از مجموعه های آزمایشی ، از نور خورشید غلیظ به عنوان منبع پمپ برای لیزرهای پمپ خورشیدی استفاده شده است. This method harnesses solar energy, making it a renewable and cost-effective source, though it is less controllable and less intense compared to artificial light sources.
دیودهای لیزر همراه با فیبر: اینها دیودهای لیزری همراه با الیاف نوری هستند که نور پمپ را با کارآمدتر به محیط لیزر منتقل می کنند. این روش به ویژه در لیزرهای فیبر و در شرایطی که تحویل دقیق نور پمپ بسیار مهم است ، مفید است.
لیزر دیگر: گاهی اوقات ، از یک لیزر برای پمپ کردن دیگری استفاده می شود. به عنوان مثال ، ممکن است از لیزر ND: YAG با فرکانس برای پمپاژ لیزر رنگ استفاده شود. This method is often used when specific wavelengths are required for the pumping process that is not easily achieved with conventional light sources.
لیزر حالت جامد با پمپ دیود
منبع انرژی اولیه: این فرآیند با یک لیزر دیود شروع می شود که به عنوان منبع پمپ عمل می کند. لیزرهای دیود برای بهره وری ، اندازه جمع و جور و توانایی ساطع کردن نور در طول موج خاص انتخاب می شوند.
نور پمپ:لیزر دیود نوری را که توسط محیط افزایش حالت جامد جذب می شود ، ساطع می کند. طول موج لیزر دیود متناسب با ویژگی های جذب محیط افزایش است.
حالت جامدمتوسط
مواد:
دوپینگ:این مواد با یون های خاکی نادر (مانند ND یا YB) ، که یون های لیزر فعال هستند ، دوپ شده اند.
جذب انرژی و تحریک:هنگامی که نور پمپ از لیزر دیود وارد محیط افزایش می شود ، یونهای نادر زمین این انرژی را جذب می کنند و از حالت های انرژی بالاتر هیجان زده می شوند.
وارونگی جمعیت
دستیابی به وارونگی جمعیت:کلید عمل لیزر دستیابی به وارونگی جمعیت در محیط افزایش است. این بدان معنی است که یونهای بیشتری نسبت به وضعیت زمین در وضعیت هیجان زده قرار دارند.
انتشار تحریک شده:
تشدید کننده نوری
آینه ها: محیط افزایش در داخل یک تشدید کننده نوری قرار می گیرد ، که به طور معمول توسط دو آینه در هر انتهای محیط تشکیل می شود.
بازخورد و تقویت: یکی از آینه ها بسیار بازتابنده و دیگری تا حدی بازتاب دهنده است. فوتون ها بین این آینه ها به عقب و جلو گزاف گویی می کنند و باعث ایجاد انتشار بیشتر و تقویت نور می شوند.
انتشار لیزر
نور منسجم: فوتون هایی که ساطع می شوند منسجم هستند ، به این معنی که در فاز هستند و دارای طول موج یکسان هستند.
خروجی: آینه تا حدی بازتابنده اجازه می دهد تا برخی از این نور از آن عبور کند و پرتو لیزر را که از لیزر DPSS خارج می شود تشکیل دهد.
پمپاژ هندسه ها: پمپاژ سمت در مقابل انتهای
| روش پمپاژ | شرح | برنامه | مزایا | چالش |
|---|---|---|---|---|
| پمپاژ جانبی | نور پمپ عمود بر محیط لیزر معرفی می شود | لیزرهای میله یا فیبر | توزیع یکنواخت نور پمپ ، مناسب برای برنامه های با قدرت بالا | توزیع سود غیر یکنواخت ، کیفیت پرتو پایین |
| پمپاژ پایان | چراغ پمپ در امتداد همان محور پرتوی لیزر کارگردانی شده است | لیزرهای حالت جامد مانند ND: YAG | توزیع افزایش یکنواخت ، کیفیت پرتو بالاتر | تراز پیچیده ، اتلاف حرارت کمتر کارآمد در لیزرهای با قدرت بالا |
مورد نیاز برای نور پمپ مؤثر
| الزام | اهمیت | ضربه/تعادل | یادداشت های اضافی |
|---|---|---|---|
| مناسب بودن طیف | طول موج باید با طیف جذب محیط لیزر مطابقت داشته باشد | جذب کارآمد و وارونگی مؤثر جمعیت را تضمین می کند | - |
| شدت | باید به اندازه کافی برای سطح تحریک مورد نظر باشد | شدت بیش از حد زیاد می تواند باعث آسیب حرارتی شود. خیلی کم به وارونگی جمعیت نمی رسد | - |
| کیفیت پرتو | به ویژه در لیزرهای پمپ نهایی بسیار مهم است | اتصال کارآمد را تضمین می کند و به کیفیت پرتو لیزر ساطع شده کمک می کند | کیفیت پرتو بالا برای همپوشانی دقیق نور پمپ و حجم لیزر بسیار مهم است |
| قطبش | مورد نیاز برای رسانه با خصوصیات ناهمسانگرد | راندمان جذب را تقویت می کند و می تواند بر قطبش نور لیزر ساطع شده تأثیر بگذارد | حالت قطبش خاص ممکن است لازم باشد |
| نویز شدت | سطح سر و صدای کم بسیار مهم است | نوسانات شدت نور پمپ می تواند بر کیفیت و ثبات خروجی لیزر تأثیر بگذارد | مهم برای برنامه هایی که نیاز به ثبات و دقت بالا دارند |
زمان پست: دسامبر 01-2023