Hızlı gönderi için sosyal medyamıza abone olun
Özünde, lazer pompalama, lazer ışığı yayabileceği bir durum elde etmek için bir ortama enerji verme sürecidir. Bu tipik olarak ortama ışık veya elektrik akımı enjekte ederek, atomlarını heyecanlandırarak ve tutarlı ışık emisyonuna yol açarak yapılır. Bu temel süreç, 20. yüzyılın ortalarında ilk lazerlerin ortaya çıkmasından bu yana önemli ölçüde gelişmiştir.
Sıklıkla hız denklemleri ile modellenirken, lazer pompalama temelde kuantum mekanik bir işlemdir. Fotonlar ile kazanç ortamının atomik veya moleküler yapısı arasındaki karmaşık etkileşimleri içerir. Gelişmiş modeller, bu etkileşimlerin daha nüanslı bir şekilde anlaşılmasını sağlayan Rabi salınımları gibi fenomenleri düşünmektedir.
Lazer pompalama, genellikle ışık veya elektrik akımı şeklinde enerjinin, atomlarını veya moleküllerini daha yüksek enerji durumlarına yükseltmek için bir lazerin kazanç ortamına sağlandığı bir işlemdir. Bu enerji transferi, daha düşük bir enerji durumundan daha fazla partikülün heyecanlandığı bir durum olan popülasyon inversiyonu elde etmek için çok önemlidir, bu da ortamın uyarılmış emisyon yoluyla ışığı yükseltmesini sağlar. İşlem, genellikle hız denklemleri veya daha gelişmiş kuantum mekanik çerçeveler yoluyla modellenen karmaşık kuantum etkileşimlerini içerir. Anahtar yönler arasında pompa kaynağı (lazer diyotları veya deşarj lambaları gibi), pompa geometrisi (yan veya son pompalama) ve kazanç ortamının spesifik gereksinimlerine uyacak şekilde pompa ışık özelliklerinin (spektrum, yoğunluk, ışın kalitesi, polarizasyon) optimizasyonunu içerir. Lazer pompalama, katı hal, yarı iletken ve gaz lazerleri dahil olmak üzere çeşitli lazer tiplerinde temeldir ve lazerin verimli ve etkili çalışması için gereklidir.
Optik pompalanan lazer çeşitleri
1. katkılı izolatörlü katı hal lazerleri
· Genel Bakış:Bu lazerler elektriksel olarak yalıtımlı bir konakçı ortamı kullanır ve lazer aktif iyonları enerji vermek için optik pompalamaya güvenir. Yaygın bir örnek YAG lazerlerinde neodimdir.
·Son Araştırmalar:A. Antipov ve ark. Spin-değişim optik pompalama için katı hal yakın bir IR lazeri tartışır. Bu araştırma, tıbbi görüntüleme ve telekomünikasyon gibi uygulamalar için çok önemli olan, özellikle kızılötesi spektrumdaki katı hal lazer teknolojisindeki gelişmeleri vurgulamaktadır.
Daha fazla okuma:Spin-değişim optik pompalama için katı hal yakın bir IR lazeri
2. Yarıiletken lazerler
·Genel Bilgi: Tipik olarak elektriksel olarak pompalanan yarı iletken lazerler, özellikle lazer yayan dikey dış boşluk yüzeyi (VECSEL) gibi yüksek parlaklık gerektiren uygulamalarda optik pompalamadan da yararlanabilir.
·Son gelişmeler: U. Keller'in ultra hızlı katı hal ve yarı iletken lazerlerden optik frekans tarakları üzerine çalışmaları, diyot pompalı katı hal ve yarı iletken lazerlerden kararlı frekans taraklarının üretimi hakkında bilgi verir. Bu ilerleme optik frekans metrolojisindeki uygulamalar için önemlidir.
Daha fazla okuma:Ultrafast katı hal ve yarı iletken lazerlerden optik frekans tarakları
3. Gaz lazerleri
·Gaz lazerlerinde optik pompalama: Alkali buhar lazerleri gibi bazı gaz lazerleri optik pompalama kullanın. Bu lazerler genellikle belirli özelliklere sahip tutarlı ışık kaynakları gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Optik pompalama kaynakları
Deşarj lambaları: Lamba pompalı lazerlerde yaygın olarak, deşarj lambaları yüksek güçleri ve geniş spektrumları için kullanılır. Ya Mandryko ve ark. Katı hal lazerlerin aktif ortam optik pompalama ksenon lambalarında bir güç modelini dürtü ark deşarj üretimi geliştirdi. Bu model, verimli lazer çalışması için çok önemli olan dürtü pompalama lambalarının performansının optimize edilmesine yardımcı olur.
Lazer diyotları:Diyot pompalı lazerlerde kullanılan lazer diyotlar, yüksek verimlilik, kompakt boyut ve ince ayarlanma yeteneği gibi avantajlar sunar.
Daha fazla okuma:Lazer diyot nedir?
Flaş lambaları: Flaş lambaları, Ruby veya ND: YAG lazerleri gibi katı hal lazerlerinin pompalanması için yaygın olarak kullanılan yoğun, geniş spektrumlu ışık kaynaklarıdır. Lazer ortamını heyecanlandıran yüksek yoğunluklu bir ışık patlaması sağlarlar.
Ark lambaları: Flaş lambalarına benzer ancak sürekli çalışma için tasarlanan ark lambaları, yoğun bir ışık kaynağı sunar. Sürekli dalga (CW) lazer çalışmasının gerekli olduğu uygulamalarda kullanılırlar.
LED'ler (Işık Yayan Diyotlar): Lazer diyotları kadar yaygın olmasa da, LED'ler belirli düşük güçlü uygulamalarda optik pompalama için kullanılabilir. Çeşitli dalga boylarında uzun ömürleri, düşük maliyetleri ve kullanılabilirliği nedeniyle avantajlıdırlar.
Güneş ışığı: Bazı deney kurulumlarında, konsantre güneş ışığı güneş pompalı lazerler için bir pompa kaynağı olarak kullanılmıştır. Bu yöntem, güneş enerjisini kullanır, bu da onu yenilenebilir ve uygun maliyetli bir kaynak haline getirir, ancak yapay ışık kaynaklarına kıyasla daha az kontrol edilebilir ve daha az yoğundur.
Fiber bağlı lazer diyotlar: Bunlar, pompa ışığını lazer ortamına daha verimli bir şekilde sağlayan optik liflere bağlı lazer diyotlardır. Bu yöntem özellikle fiber lazerlerde ve pompa ışığının kesin olarak verilmesinin çok önemli olduğu durumlarda yararlıdır.
Diğer Lazerler: Bazen, bir lazer diğerini pompalamak için kullanılır. Örneğin, bir boya lazeri pompalamak için bir frekansla iki katına çıkarılmış ND: YAG lazer kullanılabilir. Bu yöntem, geleneksel ışık kaynaklarıyla kolayca elde edilemeyen pompalama işlemi için spesifik dalga boyları gerektiğinde kullanılır.
Diyot pompalı katı hal lazer
Başlangıç Enerji Kaynağı: İşlem, pompa kaynağı görevi gören bir diyot lazeri ile başlar. Diyot lazerleri verimlilikleri, kompakt boyutları ve belirli dalga boylarında ışık yayma yetenekleri için seçilir.
Pompa ışığı:Diyot lazer, katı hal kazancı ortamı tarafından emilen ışığı yayar. Diyot lazerin dalga boyu, kazanç ortamının emilim özelliklerine uyacak şekilde uyarlanmıştır.
Katı halOrta Kazanmak
Malzeme:DPSS lazerlerindeki kazanç ortamı tipik olarak ND: YAG (neodimyum katkılı Yttrium alüminyum garnet), ND: YVO4 (neodimyum katkılı yttrium ortovanadat) veya yb: YAG (ytterbium-doped yttrium alüm garnet) gibi katı hal bir malzemedir.
Doping:Bu malzemeler, aktif lazer iyonları olan nadir toprak iyonları (ND veya YB gibi) ile katlanır.
Enerji emilimi ve uyarımı:Diyot lazerden gelen pompa ışığı kazanç ortamına girdiğinde, nadir toprak iyonları bu enerjiyi emer ve daha yüksek enerji durumlarına heyecanlanır.
Nüfus tersine çevirme
Nüfusun tersine çevrilmesi:Lazer eyleminin anahtarı, kazanç ortamında popülasyon tersine çevrilmesidir. Bu, daha fazla iyonun zemin durumundan daha fazla heyecanlı bir durumda olduğu anlamına gelir.
Uyarılmış emisyon:Nüfus tersine çevrildikten sonra, heyecanlı ve zemin durumları arasındaki enerji farkına karşılık gelen bir fotonun sokulması, uyarılmış iyonları zemin durumuna dönmeye teşvik edebilir ve bu işlemde bir foton yayabilir.
Optik rezonatör
Aynalar: Kazanç ortamı, tipik olarak ortamın her ucunda iki ayna tarafından oluşturulan optik bir rezonatörün içine yerleştirilir.
Geri bildirim ve amplifikasyon: Aynalardan biri oldukça yansıtıcı, diğeri kısmen yansıtıcı. Fotonlar bu aynalar arasında ileri geri zıplar, daha fazla emisyon uyarır ve ışığı güçlendirir.
Lazer emisyonu
Tutarlı ışık: Yürünen fotonlar tutarlıdır, yani fazdadırlar ve aynı dalga boyuna sahiptirler.
Çıktı: Kısmen yansıtıcı ayna, bu ışığın bir kısmının geçmesini sağlar ve DPSS lazerinden çıkan lazer ışını oluşturur.
Pompalama Geometrileri: Yan ve uç pompalama
| Pompalama yöntemi | Tanım | Başvuru | Avantajlar | Zorluklar |
|---|---|---|---|---|
| Yan pompalama | Lazer ortamına dik olarak pompa ışığı | Çubuk veya fiber lazerler | Yüksek güçlü uygulamalar için uygun pompa ışığının düzgün dağılımı | Tekdüzen olmayan kazanç dağılımı, düşük kiriş kalitesi |
| Uç pompalama | Lazer ışını ile aynı eksen boyunca yönlendirilen pompa ışığı | ND: YAG gibi katı hal lazerleri | Tekdüzen kazanç dağılımı, daha yüksek ışın kalitesi | Karmaşık hizalama, yüksek güçlü lazerlerde daha az verimli ısı dağılımı |
Etkili pompa ışığı için gereksinimler
| Gereklilik | Önem | Etki/denge | Ek Notlar |
|---|---|---|---|
| Spektrum uygunluğu | Dalga boyu lazer ortamının emme spektrumuyla eşleşmelidir | Verimli emilim ve etkili popülasyon ters çevirmesini sağlar | - |
| Yoğunluk | İstenen uyarma seviyesi için yeterince yüksek olmalı | Aşırı yüksek yoğunluklar termal hasara neden olabilir; Çok Düşük Nüfus İnversiyonu elde etmeyecek | - |
| Işın kalitesi | Son pompalanmış lazerlerde özellikle kritik | Verimli birleştirme sağlar ve yayılan lazer ışını kalitesine katkıda bulunur | Yüksek ışın kalitesi, pompa ışığının ve lazer modu hacminin hassas örtüşmesi için çok önemlidir |
| Kutuplaşma | Anizotropik özelliklere sahip medya için gerekli | Emilim verimliliğini arttırır ve yayılan lazer ışık polarizasyonunu etkileyebilir | Belirli kutuplaşma durumu gerekli olabilir |
| Yoğunluk gürültüsü | Düşük gürültü seviyeleri çok önemlidir | Pompa ışık yoğunluğundaki dalgalanmalar lazer çıkış kalitesini ve stabilitesini etkileyebilir | Yüksek stabilite ve hassasiyet gerektiren uygulamalar için önemli |
Gönderme Zamanı: Aralık-01-2023