Падпішыцеся на нашы сацыяльныя сеткі, каб атрымліваць аператыўныя паведамленні
Па сутнасці, лазерная накачка - гэта працэс актывізацыі асяроддзя для дасягнення стану, калі яно можа выпраменьваць лазернае святло. Звычайна гэта робіцца шляхам ін'екцыі святла або электрычнага току ў асяроддзе, узбуджаючы яго атамы і прыводзячы да выпраменьвання кагерэнтнага святла. Гэты асноватворны працэс істотна развіўся пасля з'яўлення першых лазераў у сярэдзіне 20-га стагоддзя.
Хаця лазерная накачка часта мадэлюецца ўраўненнямі хуткасці, у сваёй сутнасці гэта квантава-механічны працэс. Гэта ўключае складаныя ўзаемадзеянні паміж фатонамі і атамнай або малекулярнай структурай асяроддзя ўзмацнення. Прасунутыя мадэлі разглядаюць такія з'явы, як асцыляцыі Рабі, якія забяспечваюць больш падрабязнае разуменне гэтых узаемадзеянняў.
Лазерная накачка - гэта працэс, пры якім энергія, як правіла, у выглядзе святла або электрычнага току, падаецца ў асяроддзе ўзмацнення лазера, каб падняць яго атамы або малекулы да больш высокіх энергетычных станаў. Гэтая перадача энергіі мае вырашальнае значэнне для дасягнення інверсіі заселенасці, стану, калі больш часціц узбуджана, чым у стане з меншай энергіяй, што дазваляе асяроддзю ўзмацняць святло з дапамогай стымуляванага выпраменьвання. Працэс уключае складаныя квантавыя ўзаемадзеянні, якія часта мадэлююцца з дапамогай ураўненняў хуткасці або больш прасунутых квантава-механічных структур. Ключавыя аспекты ўключаюць выбар крыніцы накачкі (напрыклад, лазерныя дыёды або газоразрядные лямпы), геаметрыю помпы (бакавая або кантавая накачка) і аптымізацыю характарыстык святла накачкі (спектр, інтэнсіўнасць, якасць прамяня, палярызацыя) у адпаведнасці з канкрэтнымі патрабаваннямі прырост сярэдні. Лазерная накачка з'яўляецца фундаментальнай для розных тыпаў лазераў, уключаючы цвёрдацельныя, паўправадніковыя і газавыя лазеры, і вельмі важная для эфектыўнай і дзейснай працы лазера.
Разнавіднасці лазераў з аптычнай накачкай
1. Цвёрдацельныя лазеры з легаванымі ізалятарамі
· Агляд:У гэтых лазерах выкарыстоўваецца электраізаляцыйнае асяроддзе-прымальнік і аптычная накачка для актывізацыі лазерна-актыўных іёнаў. Часты прыклад - неадым у YAG-лазерах.
·Апошнія даследаванні:Даследаванне А. Анціпава і соавт. абмяркоўвае цвёрдацельны лазер блізкага ВК для спін-абменнай аптычнай накачкі. Гэта даследаванне падкрэслівае прагрэс у тэхналогіі цвёрдацельнага лазера, асабліва ў блізкім інфрачырвоным спектры, які мае вырашальнае значэнне для такіх прыкладанняў, як медыцынская візуалізацыя і тэлекамунікацыі.
Дадатковая літаратура:Цвёрдацельны лазер блізкага ВК для спін-абменнай аптычнай накачкі
2. Паўправадніковыя лазеры
·Агульная інфармацыя: паўправадніковыя лазеры, як правіла, з электрычнай накачкай, таксама могуць атрымаць выгаду з аптычнай накачкі, асабліва ў прылажэннях, якія патрабуюць высокай яркасці, такіх як лазеры з вертыкальнай вонкавай поласцю, якія выпраменьваюць паверхню (VECSEL).
·Апошнія падзеі: праца У. Келера над аптычнымі частотнымі грэбнямі ад звышхуткіх цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў дазваляе даведацца пра стварэнне стабільных частатных грабянёў ад цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў з дыёднай накачкай. Гэты прагрэс важны для прымянення ў метралогіі аптычных частот.
Дадатковая літаратура:Аптычныя грабянцы частот ад звышхуткіх цвёрдацельных і паўправадніковых лазераў
3. Газавыя лазеры
·Аптычная накачка ў газавых лазерах: некаторыя тыпы газавых лазераў, напрыклад лазеры на парах шчолачаў, выкарыстоўваюць аптычную накачку. Гэтыя лазеры часта выкарыстоўваюцца ў прыкладаннях, якія патрабуюць кагерэнтных крыніц святла з пэўнымі ўласцівасцямі.
Крыніцы для аптычнай накачкі
Гаразрадныя лямпы: Звычайна ў лазерах з лямпавай накачкай разрадныя лямпы выкарыстоўваюцца з-за іх высокай магутнасці і шырокага спектру. Ю. А. Мандрыка і інш. распрацаваў энергетычную мадэль генерацыі імпульснага дугавога разраду ў ксенонавых лямпах аптычнай накачкі актыўных асяроддзяў цвёрдацельных лазераў. Гэтая мадэль дапамагае аптымізаваць прадукцыйнасць лямпаў з імпульснай накачкай, што мае вырашальнае значэнне для эфектыўнай працы лазера.
Лазерныя дыёды:Лазерныя дыёды, якія выкарыстоўваюцца ў лазерах з дыёднай накачкай, маюць такія перавагі, як высокая эфектыўнасць, кампактны памер і магчымасць тонкай налады.
Далейшае чытанне:што такое лазерны дыёд?
Ўспышкі лямпы: Успышкі - гэта інтэнсіўныя крыніцы святла шырокага спектру, якія звычайна выкарыстоўваюцца для напампоўкі цвёрдацельных лазераў, такіх як рубінавы або Nd:YAG лазеры. Яны забяспечваюць выбух святла высокай інтэнсіўнасці, які ўзбуджае лазернае асяроддзе.
Дугавыя лямпы: Дугавыя лямпы падобныя на лямпы-ўспышкі, але прызначаныя для бесперапыннай працы, з'яўляюцца пастаяннай крыніцай інтэнсіўнага святла. Яны выкарыстоўваюцца ў прыкладаннях, дзе патрабуецца бесперапынная праца лазера.
Святлодыёды (святловыпрамяняльныя дыёды): Нягледзячы на тое, што святлодыёды не так распаўсюджаны, як лазерныя дыёды, яны могуць выкарыстоўвацца для аптычнай накачкі ў некаторых маламагутных прылажэннях. Яны адрозніваюцца перавагай доўгага тэрміну службы, нізкай кошту і даступнасці ў розных даўжынях хваль.
Сонечнае святло: У некаторых эксперыментальных устаноўках канцэнтраванае сонечнае святло выкарыстоўвалася ў якасці крыніцы накачкі для лазераў з сонечнай напампоўкай. Гэты метад выкарыстоўвае сонечную энергію, робячы яе аднаўляльнай і эканамічна эфектыўнай крыніцай, хоць яна менш кіраваная і менш інтэнсіўная ў параўнанні са штучнымі крыніцамі святла.
Лазерныя дыёды з валаконнай сувяззю: Гэта лазерныя дыёды, злучаныя з аптычнымі валокнамі, якія больш эфектыўна перадаюць святло накачкі ў лазернае асяроддзе. Гэты метад асабліва карысны ў валаконных лазерах і ў сітуацыях, калі дакладная дастаўка святла накачкі мае вырашальнае значэнне.
Іншыя лазеры: Часам адзін лазер выкарыстоўваецца для напампоўкі іншага. Напрыклад, Nd: YAG-лазер з падвоенай частатой можна выкарыстоўваць для напампоўкі лазера на фарбавальніках. Гэты метад часта выкарыстоўваецца, калі для працэсу накачкі патрабуюцца пэўныя даўжыні хваль, чаго няпроста дасягнуць з дапамогай звычайных крыніц святла.
Цвёрдацельны лазер з дыёднай накачкай
Пачатковая крыніца энергіі: Працэс пачынаецца з дыёднага лазера, які служыць крыніцай накачкі. Дыёдныя лазеры выбіраюцца з-за іх эфектыўнасці, кампактнага памеру і здольнасці выпраменьваць святло на пэўных даўжынях хваль.
Святло помпы:Дыёдны лазер выпраменьвае святло, якое паглынаецца цвёрдацельнай асяроддзем узмацнення. Даўжыня хвалі дыёднага лазера падбіраецца ў адпаведнасці з характарыстыкамі паглынання ўзмацняльнай асяроддзя.
ЦвёрдацельныУзмацненне сярэдняе
матэрыял:Асяроддзем узмацнення ў лазерах DPSS звычайна з'яўляецца цвёрдацельны матэрыял, напрыклад Nd:YAG (ітрыевы алюмініевы гранат з даданнем неадыму), Nd:YVO4 (артаванадат ітрыю з даданнем неадыму) або Yb:YAG (алюмініевы ітрыевы гранат з даданнем ітэрбію).
Допінг:Гэтыя матэрыялы легаваныя іёнамі рэдказямельных элементаў (напрыклад, Nd або Yb), якія з'яўляюцца актыўнымі лазернымі іёнамі.
Паглынанне энергіі і ўзбуджэнне:Калі святло накачкі ад дыёднага лазера трапляе ў сераду ўзмацнення, іёны рэдказямельных элементаў паглынаюць гэтую энергію і ўзбуджаюцца да больш высокіх энергетычных станаў.
Інверсія насельніцтва
Дасягненне інверсіі насельніцтва:Ключом да дзеяння лазера з'яўляецца дасягненне інверсіі насельніцтва ў асяроддзі ўзмацнення. Гэта азначае, што больш іёнаў знаходзіцца ва ўзбуджаным стане, чым у асноўным.
Стымуляванае выпраменьванне:Пасля дасягнення інверсіі заселенасці ўвядзенне фатона, адпаведнага розніцы энергіі паміж узбуджаным і асноўным станамі, можа стымуляваць узбуджаныя іёны вяртацца ў асноўны стан, выпраменьваючы пры гэтым фатон.
Аптычны рэзанатар
Люстэркі: узмацняльнік змяшчаецца ўнутры аптычнага рэзанатара, звычайна ўтворанага двума люстэркамі на кожным канцы асяроддзя.
Зваротная сувязь і ўзмацненне: адно з люстэркаў мае высокае святлоадбіванне, а другое - часткова. Фатоны адскокваюць паміж гэтымі люстэркамі, стымулюючы больш выпраменьванняў і ўзмацняючы святло.
Лазернае выпраменьванне
Кагерэнтнае святло: фатоны, якія выпраменьваюцца, з'яўляюцца кагерэнтнымі, што азначае, што яны знаходзяцца ў фазе і маюць аднолькавую даўжыню хвалі.
Выхад: часткова адбівальнае люстэрка дазваляе некаторай частцы гэтага святла праходзіць, утвараючы лазерны прамень, які выходзіць з лазера DPSS.
Геаметрыя напампоўкі: напампоўка збоку супраць канца
| Метад накачкі | Апісанне | Прыкладанні | Перавагі | Выклікі |
|---|---|---|---|---|
| Бакавая прапампоўка | Святло накачкі падаецца перпендыкулярна лазернаму асяроддзю | Стрыжневыя або валаконныя лазеры | Раўнамернае размеркаванне святла ад помпы, падыходзіць для прымянення высокай магутнасці | Нераўнамернае размеркаванне ўзмацнення, больш нізкая якасць прамяня |
| Канец прапампоўкі | Святло накачкі накіравана ўздоўж той жа восі, што і прамень лазера | Цвёрдацельныя лазеры, такія як Nd:YAG | Раўнамернае размеркаванне ўзмацнення, больш высокая якасць прамяня | Складанае выраўноўванне, менш эфектыўны адвод цяпла ў лазерах высокай магутнасці |
Патрабаванні да эфектыўнага асвятлення помпаў
| Патрабаванне | Важнасць | Уплыў/Баланс | Дадатковыя заўвагі |
|---|---|---|---|
| Прыдатнасць спектру | Даўжыня хвалі павінна адпавядаць спектру паглынання лазернага асяроддзя | Забяспечвае эфектыўнае паглынанне і эфектыўную інверсію насельніцтва | - |
| Інтэнсіўнасць | Павінна быць дастаткова высокім для патрэбнага ўзроўню ўзбуджэння | Празмерна высокая інтэнсіўнасць можа выклікаць цеплавое пашкоджанне; занадта нізкая інверсія насельніцтва не дасягне | - |
| Якасць прамяня | Асабліва важна ў лазерах з канчатковай накачкай | Забяспечвае эфектыўнае злучэнне і спрыяе якасці выпраменьванага лазернага прамяня | Высокая якасць прамяня мае вырашальнае значэнне для дакладнага перакрыцця святла накачкі і гучнасці лазернага рэжыму |
| Палярызацыя | Неабходны для асяроддзяў з анізатропнымі ўласцівасцямі | Павышае эфектыўнасць паглынання і можа паўплываць на палярызацыю выпраменьванага лазернага святла | Можа спатрэбіцца пэўны стан палярызацыі |
| Інтэнсіўнасць шуму | Нізкі ўзровень шуму мае вырашальнае значэнне | Ваганні інтэнсіўнасці святла накачкі могуць паўплываць на якасць і стабільнасць выхаду лазера | Важна для прыкладанняў, якія патрабуюць высокай стабільнасці і дакладнасці |
Час публікацыі: 1 снежня 2023 г