Hızlı Gönderiler İçin Sosyal Medyamıza Abone Olun
Lazer pompalama, özünde, bir ortamın lazer ışığı yayabileceği bir duruma ulaşması için enerji verilmesi işlemidir. Bu genellikle ortama ışık veya elektrik akımı enjekte edilerek atomların uyarılması ve tutarlı ışığın yayılmasına yol açarak yapılır. Bu temel süreç, 20. yüzyılın ortalarında ilk lazerlerin ortaya çıkışından bu yana önemli ölçüde gelişti.
Çoğunlukla hız denklemleriyle modellense de, lazer pompalama temelde kuantum mekaniksel bir süreçtir. Fotonlar ile kazanç ortamının atomik veya moleküler yapısı arasındaki karmaşık etkileşimleri içerir. Gelişmiş modeller, bu etkileşimlerin daha ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını sağlayan Rabi salınımları gibi olayları dikkate alır.
Lazer pompalama, lazerin kazanç ortamına, atomlarını veya moleküllerini daha yüksek enerji durumlarına yükseltmek için tipik olarak ışık veya elektrik akımı formundaki enerjinin sağlandığı bir işlemdir. Bu enerji transferi, daha düşük enerji durumuna göre daha fazla parçacığın uyarıldığı ve ortamın uyarılmış emisyon yoluyla ışığı yükseltmesini sağlayan bir durum olan popülasyonun tersine çevrilmesi için çok önemlidir. Süreç, genellikle hız denklemleri veya daha gelişmiş kuantum mekaniksel çerçeveler yoluyla modellenen karmaşık kuantum etkileşimlerini içerir. Temel hususlar arasında pompa kaynağı seçimi (lazer diyotlar veya deşarj lambaları gibi), pompa geometrisi (yan veya uç pompalama) ve pompa ışık özelliklerinin (spektrum, yoğunluk, ışın kalitesi, polarizasyon) optimizasyonu yer alır. orta kazanın. Lazer pompalama, katı hal, yarı iletken ve gaz lazerleri de dahil olmak üzere çeşitli lazer türlerinde temeldir ve lazerin verimli ve etkili çalışması için gereklidir.
Optik Olarak Pompalanan Lazer Çeşitleri
1. Katkılı İzolatörlü Katı Hal Lazerleri
· Genel Bakış:Bu lazerler elektriksel olarak yalıtkan bir ana ortam kullanır ve lazer aktif iyonlara enerji vermek için optik pompalamaya dayanır. Yaygın bir örnek YAG lazerlerindeki neodimyumdur.
·Son Araştırmalar:A. Antipov ve ark. spin-değişimli optik pompalama için katı hal yakın IR lazerini tartışmaktadır. Bu araştırma, katı hal lazer teknolojisindeki, özellikle de tıbbi görüntüleme ve telekomünikasyon gibi uygulamalar için çok önemli olan yakın kızılötesi spektrumdaki gelişmelere dikkat çekiyor.
İlave Okuma:Döndürme Değişimli Optik Pompalama için Katı Hal Yakın IR Lazer
2. Yarı İletken Lazerler
·Genel Bilgi: Tipik olarak elektrikle pompalanan yarı iletken lazerler, özellikle Dikey Dış Boşluklu Yüzey Yayan Lazerler (VECSEL'ler) gibi yüksek parlaklık gerektiren uygulamalarda optik pompalamadan da yararlanabilir.
·Son Gelişmeler: U. Keller'in ultra hızlı katı hal ve yarı iletken lazerlerden elde edilen optik frekans tarakları üzerindeki çalışması, diyot pompalı katı hal ve yarı iletken lazerlerden kararlı frekans taraklarının üretilmesine ilişkin bilgiler sağlar. Bu ilerleme optik frekans metrolojisindeki uygulamalar için önemlidir.
İlave Okuma:Ultra hızlı katı hal ve yarı iletken lazerlerden optik frekans tarakları
3. Gaz Lazerleri
·Gaz Lazerlerinde Optik Pompalama: Alkali buhar lazerleri gibi belirli gaz lazer türleri optik pompalamayı kullanır. Bu lazerler genellikle belirli özelliklere sahip tutarlı ışık kaynakları gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Optik Pompalama Kaynakları
Deşarj Lambaları: Lamba pompalı lazerlerde yaygın olarak, yüksek güçleri ve geniş spektrumları nedeniyle deşarj lambaları kullanılır. YA Mandryko ve ark. katı hal lazerlerinin aktif ortam optik pompalama ksenon lambalarında darbe ark deşarjı üretiminin bir güç modelini geliştirdi. Bu model, verimli lazer çalışması için çok önemli olan darbe pompalama lambalarının performansının optimize edilmesine yardımcı olur.
Lazer Diyotlar:Diyot pompalı lazerlerde kullanılan lazer diyotlar, yüksek verimlilik, kompakt boyut ve ince ayar yapabilme yeteneği gibi avantajlar sunar.
Daha fazla okuma:lazer diyot nedir?
Flaş Lambaları: Flaş lambaları, yakut veya Nd:YAG lazerler gibi katı hal lazerleri pompalamak için yaygın olarak kullanılan yoğun, geniş spektrumlu ışık kaynaklarıdır. Lazer ortamını harekete geçiren yüksek yoğunluklu bir ışık patlaması sağlarlar.
Ark Lambaları: Flaş lambalarına benzer ancak sürekli çalışma için tasarlanan ark lambaları, sabit bir yoğun ışık kaynağı sunar. Sürekli dalga (CW) lazer işleminin gerekli olduğu uygulamalarda kullanılırlar.
LED'ler (Işık Yayan Diyotlar): Lazer diyotlar kadar yaygın olmasa da LED'ler bazı düşük güçlü uygulamalarda optik pompalama için kullanılabilir. Uzun ömürleri, düşük maliyetleri ve çeşitli dalga boylarında bulunabilmeleri nedeniyle avantajlıdırlar.
Güneş ışığı: Bazı deney düzeneklerinde, güneş enerjisiyle pompalanan lazerler için pompa kaynağı olarak yoğunlaştırılmış güneş ışığı kullanılmıştır. Bu yöntem, güneş enerjisinden yararlanarak onu yenilenebilir ve uygun maliyetli bir kaynak haline getiriyor; ancak yapay ışık kaynaklarına kıyasla daha az kontrol edilebilir ve daha az yoğun.
Fiber Bağlantılı Lazer Diyotlar: Bunlar, pompa ışığını lazer ortamına daha verimli bir şekilde ileten optik fiberlere bağlı lazer diyotlardır. Bu yöntem özellikle fiber lazerlerde ve pompa ışığının hassas şekilde iletilmesinin çok önemli olduğu durumlarda kullanışlıdır.
Diğer Lazerler: Bazen bir lazer diğerini pompalamak için kullanılır. Örneğin, frekansı iki katına çıkarılmış bir Nd:YAG lazer, bir boya lazerini pompalamak için kullanılabilir. Bu yöntem genellikle geleneksel ışık kaynaklarıyla kolayca elde edilemeyen pompalama işlemi için belirli dalga boylarının gerekli olduğu durumlarda kullanılır.
Diyot pompalı katı hal lazer
İlk Enerji Kaynağı: İşlem, pompa kaynağı görevi gören diyot lazerle başlar. Diyot lazerler verimlilikleri, kompakt boyutları ve belirli dalga boylarında ışık yayma yetenekleri nedeniyle seçilir.
Pompa Işığı:Diyot lazeri, katı hal kazanç ortamı tarafından emilen ışık yayar. Diyot lazerin dalga boyu, kazanç ortamının absorpsiyon özelliklerine uyacak şekilde uyarlanmıştır.
Katı HalOrta Kazanç
Malzeme:DPSS lazerlerindeki kazanç ortamı tipik olarak Nd:YAG (Neodimyum katkılı Yttrium Alüminyum Garnet), Nd:YVO4 (Neodimyum katkılı Yttrium Orthovanadate) veya Yb:YAG (İtterbiyum katkılı Yttrium Alüminyum Garnet) gibi katı halli bir malzemedir.
Doping:Bu malzemeler, aktif lazer iyonları olan nadir toprak iyonları (Nd veya Yb gibi) ile katkılıdır.
Enerji Emilimi ve Uyarma:Diyot lazerden gelen pompa ışığı kazanç ortamına girdiğinde, nadir toprak iyonları bu enerjiyi emer ve daha yüksek enerji durumlarına uyarılır.
Nüfusun Tersine çevrilmesi
Nüfus Tersine Çevirmenin Gerçekleştirilmesi:Lazer eyleminin anahtarı, kazanç ortamında popülasyonun tersine çevrilmesini sağlamaktır. Bu, temel duruma göre daha fazla iyonun uyarılmış durumda olduğu anlamına gelir.
Uyarılmış Emisyon:Popülasyonun tersine çevrilmesi sağlandığında, uyarılmış ve temel durumlar arasındaki enerji farkına karşılık gelen bir fotonun eklenmesi, uyarılmış iyonların temel duruma geri dönmesini teşvik edebilir ve süreçte bir foton yayabilir.
Optik Rezonatör
Aynalar: Kazanç ortamı, tipik olarak ortamın her iki ucunda iki aynadan oluşan bir optik rezonatörün içine yerleştirilir.
Geri Bildirim ve Güçlendirme: Aynalardan biri oldukça yansıtıcı, diğeri ise kısmen yansıtıcıdır. Fotonlar bu aynalar arasında ileri geri sıçrayarak daha fazla emisyonu teşvik eder ve ışığı güçlendirir.
Lazer Emisyonu
Tutarlı Işık: Yayılan fotonlar tutarlıdır, yani aynı fazdadırlar ve aynı dalga boyuna sahiptirler.
Çıktı: Kısmen yansıtıcı ayna, bu ışığın bir kısmının geçmesine izin vererek DPSS lazerinden çıkan lazer ışınını oluşturur.
Pompalama Geometrileri: Yan ve Uç Pompalama
| Pompalama Yöntemi | Tanım | Uygulamalar | Avantajları | Zorluklar |
|---|---|---|---|---|
| Yan Pompalama | Lazer ortamına dik olarak verilen pompa ışığı | Çubuk veya fiber lazerler | Yüksek güçlü uygulamalara uygun, pompa ışığının eşit dağılımı | Düzgün olmayan kazanç dağılımı, daha düşük ışın kalitesi |
| Pompalamayı Sonlandır | Lazer ışınıyla aynı eksen boyunca yönlendirilen pompa ışığı | Nd:YAG gibi katı hal lazerleri | Düzgün kazanç dağılımı, daha yüksek ışın kalitesi | Yüksek güçlü lazerlerde karmaşık hizalama, daha az verimli ısı dağıtımı |
Etkili Pompa Işığı İçin Gereksinimler
| Gereklilik | Önem | Etki/Denge | Ek Notlar |
|---|---|---|---|
| Spektrum Uygunluğu | Dalga boyu, lazer ortamının absorpsiyon spektrumuyla eşleşmelidir | Verimli emilim ve etkili popülasyon dönüşümü sağlar | - |
| Yoğunluk | İstenilen uyarılma düzeyi için yeterince yüksek olmalıdır | Aşırı yüksek yoğunluklar termal hasara neden olabilir; çok düşük popülasyonun tersine çevrilmesini sağlamaz | - |
| Işın Kalitesi | Uçtan pompalı lazerlerde özellikle kritiktir | Verimli bağlantı sağlar ve yayılan lazer ışınının kalitesine katkıda bulunur | Pompa ışığı ile lazer modu hacminin hassas bir şekilde örtüşmesi için yüksek ışın kalitesi çok önemlidir |
| Polarizasyon | Anizotropik özelliklere sahip ortamlar için gereklidir | Emilim verimliliğini artırır ve yayılan lazer ışığı polarizasyonunu etkileyebilir | Spesifik polarizasyon durumu gerekli olabilir |
| Yoğunluk Gürültüsü | Düşük gürültü seviyeleri çok önemlidir | Pompa ışık yoğunluğundaki dalgalanmalar lazer çıktı kalitesini ve kararlılığını etkileyebilir | Yüksek stabilite ve hassasiyet gerektiren uygulamalar için önemlidir |
Gönderim zamanı: Aralık-01-2023