Падпішыцеся на нашы сацыяльныя сеткі для аператыўных публікацый
Па сваёй сутнасці, лазерная накачка — гэта працэс узмацнення асяроддзя для дасягнення стану, у якім яно можа выпраменьваць лазернае святло. Звычайна гэта робіцца шляхам увядзення святла або электрычнага току ў асяроддзе, што ўзбуджае яго атамы і прыводзіць да выпраменьвання кагерэнтнага святла. Гэты фундаментальны працэс значна змяніўся з моманту з'яўлення першых лазераў у сярэдзіне 20 стагоддзя.
Хоць лазерная накачка часта мадэлюецца з дапамогай ураўненняў хуткасці, яна ў сваёй аснове з'яўляецца квантава-механічным працэсам. Яна ўключае ў сябе складаныя ўзаемадзеянні паміж фатонамі і атамнай або малекулярнай структурай асяроддзя ўзмацнення. Пашыраныя мадэлі ўлічваюць такія з'явы, як ваганні Рабі, што забяспечвае больш тонкае разуменне гэтых узаемадзеянняў.
Лазерная накачка — гэта працэс, пры якім энергія, звычайна ў выглядзе святла або электрычнага току, падаецца ў асяроддзе ўзмацнення лазера, каб перавесці яго атамы або малекулы ў больш высокія энергетычныя станы. Гэтая перадача энергіі мае вырашальнае значэнне для дасягнення інверсіі населенасці, стану, калі ўзбуджаецца больш часціц, чым у стане з больш нізкай энергіяй, што дазваляе асяроддзю ўзмацняць святло праз вымушанае выпраменьванне. Працэс уключае складаныя квантавыя ўзаемадзеянні, якія часта мадэлююцца з дапамогай ураўненняў хуткасці або больш складаных квантава-механічных структур. Ключавыя аспекты ўключаюць выбар крыніцы накачкі (напрыклад, лазерныя дыёды або газаразрадныя лямпы), геаметрыю накачкі (бакавая або тарцавая накачка) і аптымізацыю характарыстык святла накачкі (спектр, інтэнсіўнасць, якасць прамяня, палярызацыя) у адпаведнасці з канкрэтнымі патрабаваннямі асяроддзя ўзмацнення. Лазерная накачка з'яўляецца фундаментальнай у розных тыпах лазераў, у тым ліку цвёрдацельных, паўправадніковых і газавых лазерах, і неабходная для эфектыўнай і дзейснай працы лазера.
Разнавіднасці лазераў з аптычнай накачкай
1. Цвёрдацельныя лазеры з легаванымі ізалятарамі
· Агляд:Гэтыя лазеры выкарыстоўваюць электраізаляцыйнае асяроддзе-носьбіт і абапіраюцца на аптычную накачку для ўзбужнення лазерна-актыўных іёнаў. Тыповым прыкладам з'яўляецца неадым у YAG-лазерах.
·Нядаўнія даследаванні:У даследаванні А. Анціпава і інш. абмяркоўваецца цвёрдацельны лазер блізкага ІЧ-дыяпазону для аптычнай накачкі са спінавым абменам. Гэта даследаванне падкрэслівае дасягненні ў тэхналогіі цвёрдацельных лазераў, асабліва ў блізкім інфрачырвоным спектры, які мае вырашальнае значэнне для такіх прымяненняў, як медыцынская візуалізацыя і тэлекамунікацыі.
Дадатковае чытанне:Цвёрдацельны лазер блізкага ІЧ-дыяпазону для аптычнай накачкі са спінавым абменам
2. Паўправадніковыя лазеры
·Агульная інфармацыя: Паўправадніковыя лазеры, як правіла, маюць электрычную накачку, але таксама могуць атрымаць карысць ад аптычнай накачкі, асабліва ў прымяненнях, якія патрабуюць высокай яркасці, такіх як лазеры з вертыкальным знешнім рэзанатарам (VECSEL).
·Апошнія распрацоўкі: праца У. Келера па аптычных частотных грабянцах з ультрахуткіх цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў дае ўяўленне аб генерацыі стабільных частотных грабянцоў з цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў з дыёднай накачкай. Гэта дасягненне мае значэнне для прымянення ў аптычнай частотнай метралогіі.
Дадатковае чытанне:Аптычныя частотныя грабянцы ад звышхуткіх цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў
3. Газавыя лазеры
·Аптычная накачка ў газавых лазерах: Некаторыя тыпы газавых лазераў, такія як лазеры на шчолачных парах, выкарыстоўваюць аптычную накачку. Гэтыя лазеры часта выкарыстоўваюцца ў прыладах, якія патрабуюць кагерэнтных крыніц святла са спецыфічнымі ўласцівасцямі.
Крыніцы для аптычнай накачкі
Газаразрадныя лямпыГазаразрадныя лямпы, якія з'яўляюцца распаўсюджанымі ў лазерах з лямпавай накачкай, выкарыстоўваюцца дзякуючы сваёй высокай магутнасці і шырокаму спектру. Ю.А. Мандрыко і інш. распрацавалі мадэль магутнасці генерацыі імпульснага дугавога разраду ў актыўных асяроддзях ксенонавых лямп з аптычнай накачкай цвёрдацельных лазераў. Гэтая мадэль дапамагае аптымізаваць прадукцыйнасць імпульсных лямпаў накачкі, што вельмі важна для эфектыўнай працы лазера.
Лазерныя дыёды:Выкарыстоўваныя ў лазерах з дыёднай накачкай, лазерныя дыёды прапануюць такія перавагі, як высокая эфектыўнасць, кампактны памер і магчымасць тонкай налады.
Дадатковае чытанне:што такое лазерны дыёд?
УспышкіІмпульсныя лямпы — гэта інтэнсіўныя крыніцы святла шырокага спектру, якія звычайна выкарыстоўваюцца для накачкі цвёрдацельных лазераў, такіх як рубінавыя або Nd:YAG-лазеры. Яны забяспечваюць высокаінтэнсіўны выбліск святла, які ўзбуджае лазернае асяроддзе.
Дугавыя лямпыПадобныя да імпульсных лямпаў, але прызначаныя для бесперапыннай працы, дугавыя лямпы забяспечваюць стабільную крыніцу інтэнсіўнага святла. Яны выкарыстоўваюцца ў тых выпадках, калі патрабуецца праца лазера бесперапыннай хвалі (CW).
Святлодыёды (святлодыёды)Нягледзячы на тое, што святлодыёды не такія распаўсюджаныя, як лазерныя дыёды, яны могуць выкарыстоўвацца для аптычнай накачкі ў некаторых нізкаэнергетычных умовах. Яны маюць перавагі дзякуючы свайму доўгаму тэрміну службы, нізкай кошту і даступнасці ў розных даўжынях хваль.
Сонечнае святлоУ некаторых эксперыментальных устаноўках канцэнтраванае сонечнае святло выкарыстоўвалася ў якасці крыніцы накачкі для лазераў з сонечнай накачкай. Гэты метад выкарыстоўвае сонечную энергію, што робіць яе аднаўляльнай і эканамічна эфектыўнай крыніцай, хоць яна менш кіраваная і менш інтэнсіўная ў параўнанні са штучнымі крыніцамі святла.
Лазерныя дыёды з валаконнай сувяззюГэта лазерныя дыёды, падлучаныя да аптычных валокнаў, якія больш эфектыўна дастаўляюць святло накачкі ў лазернае асяроддзе. Гэты метад асабліва карысны ў валаконных лазерах і ў сітуацыях, калі дакладная падача святла накачкі мае вырашальнае значэнне.
Іншыя лазерыЧасам адзін лазер выкарыстоўваецца для накачкі іншага. Напрыклад, Nd:YAG-лазер з падвоенай частатой можа быць выкарыстаны для накачкі лазера на фарбавальніку. Гэты метад часта выкарыстоўваецца, калі для працэсу накачкі патрабуюцца пэўныя даўжыні хваль, якіх не так лёгка дасягнуць з дапамогай звычайных крыніц святла.
Дыёдны накачаны цвёрдацельны лазер
Пачатковая крыніца энергііПрацэс пачынаецца з дыёднага лазера, які служыць крыніцай накачкі. Дыёдныя лазеры выбіраюцца з-за іх эфектыўнасці, кампактных памераў і здольнасці выпраменьваць святло на пэўных даўжынях хваль.
Святло помпы:Дыёдны лазер выпраменьвае святло, якое паглынаецца цвёрдацельным асяроддзем узмацнення. Даўжыня хвалі дыёднага лазера падбіраецца ў адпаведнасці з характарыстыкамі паглынання ўзмацняльнага асяроддзя.
ЦвёрдацельныСярэдні ўзровень узмацнення
Матэрыял:Асяроддзе ўзмацнення ў DPSS-лазерах звычайна ўяўляе сабой цвёрдацельны матэрыял, напрыклад, Nd:YAG (легаваны неадымам ітрыевы алюмініевы гранат), Nd:YVO4 (легаваны неадымам ітрыевы ортаванадат) або Yb:YAG (легаваны ітэрбіем ітрыевы алюмініевы гранат).
Допінг:Гэтыя матэрыялы легаваныя іонамі рэдказямельных элементаў (напрыклад, Nd або Yb), якія з'яўляюцца актыўнымі лазернымі іонамі.
Паглынанне і ўзбуджэнне энергіі:Калі святло накачкі ад дыёднага лазера трапляе ў асяроддзе ўзмацнення, іоны рэдказямельных элементаў паглынаюць гэтую энергію і ўзбуджаюцца да больш высокіх энергетычных станаў.
Інверсія папуляцыі
Дасягненне інверсіі папуляцыі:Ключом да дзеяння лазера з'яўляецца дасягненне інверсіі населенасці ў асяроддзі ўзмацнення. Гэта азначае, што больш іонаў знаходзіцца ва ўзбуджаным стане, чым у асноўным.
Вымушанае выпраменьванне:Пасля дасягнення інверсіі папуляцыі ўвядзенне фатона, які адпавядае рознасці энергій паміж узбуджаным і асноўным станамі, можа стымуляваць вяртанне ўзбуджаных іёнаў у асноўны стан, выпраменьваючы пры гэтым фатон.
Аптычны рэзанатар
Люстэркі: Асяроддзе ўзмацнення змяшчаецца ўнутры аптычнага рэзанатара, які звычайна ўтвараецца двума люстэркамі на кожным канцы асяроддзя.
Зваротная сувязь і ўзмацненне: адно з люстэркаў мае высокую адбівальную здольнасць, а другое — часткова. Фатоны адбіваюцца паміж гэтымі люстэркамі, стымулюючы больш выпраменьванняў і ўзмацняючы святло.
Лазернае выпраменьванне
Кагерэнтнае святло: фатоны, якія выпраменьваюцца, з'яўляюцца кагерэнтнымі, гэта значыць, яны знаходзяцца ў фазе і маюць аднолькавую даўжыню хвалі.
Выхад: Часткова адбівальнае люстэрка прапускае частку гэтага святла, фарміруючы лазерны прамень, які выходзіць з лазера DPSS.
Геаметрыя перапампоўвання: бакавое супраць тарцавога перапампоўвання
| Спосаб адпампоўкі | Апісанне | Прыкладанні | Перавагі | Выклікі |
|---|---|---|---|---|
| Бакавая помпавая | Святло накачкі, якое ўводзіцца перпендыкулярна лазернаму асяроддзю | Стрыжневыя або валаконныя лазеры | Раўнамернае размеркаванне святла помпы, падыходзіць для магутных прымяненняў | Нераўнамернае размеркаванне ўзмацнення, якасць ніжняга прамяня |
| Канец адпампоўкі | Святло накачкі накіравана ўздоўж той жа восі, што і лазерны прамень | Цвёрдацельныя лазеры, такія як Nd:YAG | Раўнамернае размеркаванне ўзмацнення, больш высокая якасць прамяня | Складаная юстыроўка, менш эфектыўнае рассейванне цяпла ў магутных лазерах |
Патрабаванні да эфектыўнага асвятлення помпы
| Патрабаванне | Важнасць | Уплыў/Баланс | Дадатковыя заўвагі |
|---|---|---|---|
| Прыдатнасць спектру | Даўжыня хвалі павінна адпавядаць спектру паглынання лазернага асяроддзя | Забяспечвае эфектыўнае паглынанне і эфектыўную інверсію папуляцыі | - |
| Інтэнсіўнасць | Павінна быць дастаткова высокім для патрэбнага ўзроўню ўзбуджэння | Занадта высокая інтэнсіўнасць можа выклікаць цеплавое пашкоджанне; занадта нізкая не дасягне інверсіі папуляцыі | - |
| Якасць прамяня | Асабліва важна ў лазерах з канцавой накачкай | Забяспечвае эфектыўнае злучэнне і спрыяе якасці выпраменьванага лазернага прамяня | Якасць далёкага прамяня мае вырашальнае значэнне для дакладнага перакрыцця святла накачкі і аб'ёму лазернага рэжыму |
| Палярызацыя | Патрабуецца для асяроддзяў з анізатропнымі ўласцівасцямі | Павышае эфектыўнасць паглынання і можа паўплываць на палярызацыю выпраменьванага лазернага святла | Можа спатрэбіцца пэўны стан палярызацыі |
| Інтэнсіўны шум | Нізкі ўзровень шуму мае вырашальнае значэнне | Ваганні інтэнсіўнасці святла накачкі могуць паўплываць на якасць і стабільнасць лазернага выпраменьвання | Важна для задач, якія патрабуюць высокай стабільнасці і дакладнасці |
Час публікацыі: 01.12.2023