پمپاژ نوری در لیزر چیست؟

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. این به طور معمول با تزریق نور یا جریان الکتریکی به محیط انجام می شود ، اتم های آن را هیجان انگیز می کند و منجر به انتشار نور منسجم می شود. 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.

پمپاژ لیزر فرایندی است که در آن انرژی ، به طور معمول به شکل جریان نور یا الکتریکی ، به محیط افزایش لیزر برای بالا بردن اتم ها یا مولکول های خود به حالت های انرژی بالاتر عرضه می شود. این انتقال انرژی برای دستیابی به وارونگی جمعیت بسیار مهم است ، وضعیتی که ذرات بیشتر از حالت انرژی کمتری هیجان زده می شوند و باعث می شود محیط بتواند از طریق انتشار تحریک شده ، نور را تقویت کند. این فرایند شامل تعامل کوانتومی پیچیده است که اغلب از طریق معادلات نرخ یا چارچوب های مکانیکی کوانتومی پیشرفته تر مدل می شوند. جنبه های اصلی شامل انتخاب منبع پمپ (مانند دیودهای لیزر یا لامپ های تخلیه) ، هندسه پمپ (پمپاژ جانبی یا انتهای) و بهینه سازی خصوصیات نور پمپ (طیف ، شدت ، کیفیت پرتو ، قطبش) برای مطابقت با نیازهای خاص رسانه افزایش است. پمپاژ لیزر در انواع مختلف لیزر از جمله لیزرهای حالت جامد ، نیمه هادی و گاز اساسی است و برای عملکرد کارآمد و مؤثر لیزر ضروری است.

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. این تحقیق پیشرفت های فناوری لیزر با حالت جامد ، به ویژه در طیف مادون قرمز نزدیک را برجسته می کند ، که برای کاربردهای مانند تصویربرداری پزشکی و ارتباطات بسیار مهم است.

خواندن بیشتر:یک لیزر نزدیک IR با حالت جامد برای پمپاژ نوری تبادل چرخش

2. لیزرهای نیمه هادی

·اطلاعات عمومی: به طور معمول لیزرهای نیمه هادی پمپاژ الکتریکی نیز می توانند از پمپاژ نوری بهره مند شوند ، به خصوص در برنامه هایی که نیاز به روشنایی بالا دارند ، مانند لیزرهای ساطع کننده سطح حفره خارجی (Vecsels).

·تحولات اخیر: کار U. Keller در مورد شانه های فرکانس نوری از لیزرهای حالت جامد و نیمه هادی Ultrafast بینش در مورد تولید شانه های فرکانس پایدار از لیزرهای حالت جامد و نیمه هادی دیود پمپ ارائه می دهد. 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. این روش انرژی خورشیدی را مهار می کند و آن را به یک منبع تجدید پذیر و مقرون به صرفه تبدیل می کند ، اگرچه در مقایسه با منابع نور مصنوعی کمتر قابل کنترل و شدیدتر است.

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. این روش اغلب در صورت نیاز به طول موج خاص برای فرآیند پمپاژ که به راحتی با منابع نور معمولی حاصل نمی شود ، استفاده می شود. 

 

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:متوسط ​​افزایش در لیزرهای DPSS به طور معمول یک ماده جامد مانند ND: YAG (Neodymium-doped yttrium garnet) ، ND: YVO4 (yttrium yttrium-orthovanadate) یا YB (YAG (YTTERBIUMED-DOPED-DOPED-DOPED-DOPED YTTRIUMAL ALUMINUMIUM GARNET)) است.

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:پس از دستیابی به وارونگی جمعیت ، معرفی یک فوتون مربوط به تفاوت انرژی بین حالتهای هیجان زده و زمین می تواند یونهای هیجان زده را برای بازگشت به حالت زمین تحریک کند و یک فوتون را در این فرآیند ساطع کند.

 

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
کاربرد لیزر مرتبط
محصولات مرتبط

زمان پست: دسامبر 01-2023