Mag-subscribe sa Aming Social Media Para sa Maagap na Post
Sa kakanyahan nito, ang laser pumping ay ang proseso ng pagpapasigla sa isang daluyan upang makamit ang isang estado kung saan maaari itong maglabas ng liwanag ng laser. Karaniwang ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-iniksyon ng liwanag o de-koryenteng kasalukuyang sa daluyan, kapana-panabik ang mga atom nito at humahantong sa paglabas ng magkakaugnay na liwanag. Ang pangunahing prosesong ito ay nagbago nang malaki mula noong pagdating ng mga unang laser sa kalagitnaan ng ika-20 siglo.
Bagama't madalas na na-modelo ng mga equation ng rate, ang laser pumping ay sa panimula ay isang quantum mechanical na proseso. Ito ay nagsasangkot ng masalimuot na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga photon at ng atomic o molekular na istraktura ng daluyan ng nakuha. Isinasaalang-alang ng mga advanced na modelo ang mga phenomena tulad ng Rabi oscillations, na nagbibigay ng mas makahulugang pag-unawa sa mga pakikipag-ugnayang ito.
Ang laser pumping ay isang proseso kung saan ang enerhiya, kadalasan sa anyo ng liwanag o electrical current, ay ibinibigay sa gain medium ng laser upang itaas ang mga atom o molekula nito sa mas mataas na estado ng enerhiya. Ang paglipat ng enerhiya na ito ay mahalaga para sa pagkamit ng pagbaligtad ng populasyon, isang estado kung saan mas maraming particle ang nasasabik kaysa sa mas mababang estado ng enerhiya, na nagbibigay-daan sa medium na palakasin ang liwanag sa pamamagitan ng stimulated emission. Ang proseso ay nagsasangkot ng masalimuot na mga pakikipag-ugnayan sa kabuuan, na kadalasang na-modelo sa pamamagitan ng mga equation ng rate o mas advanced na mga balangkas ng mekanikal na quantum. Kabilang sa mga pangunahing aspeto ang pagpili ng pinagmumulan ng pump (tulad ng mga laser diode o discharge lamp), pump geometry (side o end pumping), at ang pag-optimize ng mga katangian ng pump light (spectrum, intensity, beam quality, polarization) upang tumugma sa mga partikular na kinakailangan ng makakuha ng medium. Ang laser pumping ay mahalaga sa iba't ibang uri ng laser, kabilang ang solid-state, semiconductor, at gas laser, at ito ay mahalaga para sa mahusay at epektibong operasyon ng laser.
Mga Uri ng Optitically Pumped Laser
1. Solid-State Laser na may Doped Insulators
· Pangkalahatang-ideya:Ang mga laser na ito ay gumagamit ng isang electrically insulating host medium at umaasa sa optical pumping upang pasiglahin ang mga laser-active ions. Ang isang karaniwang halimbawa ay neodymium sa YAG lasers.
·Kamakailang Pananaliksik:Isang pag-aaral ni A. Antipov et al. tinatalakay ang solid-state near-IR laser para sa spin-exchange optical pumping. Itinatampok ng pananaliksik na ito ang mga pagsulong sa solid-state na teknolohiya ng laser, lalo na sa near-infrared spectrum, na mahalaga para sa mga aplikasyon tulad ng medical imaging at telekomunikasyon.
Karagdagang Pagbabasa:Isang Solid-State Near-IR Laser para sa Spin-Exchange Optical Pumping
2. Semiconductor Laser
·Pangkalahatang Impormasyon: Ang mga semiconductor laser na kadalasang naka-electric pump ay maaari ding makinabang mula sa optical pumping, lalo na sa mga application na nangangailangan ng mataas na liwanag, tulad ng Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers (VECSELs).
·Mga Kamakailang Pag-unlad: Ang gawain ni U. Keller sa optical frequency combs mula sa ultrafast solid-state at semiconductor lasers ay nagbibigay ng mga insight sa pagbuo ng stable frequency combs mula sa diode-pumped solid-state at semiconductor lasers. Ang pagsulong na ito ay makabuluhan para sa mga aplikasyon sa optical frequency metrology.
Karagdagang Pagbabasa:Optical frequency combs mula sa ultrafast solid-state at semiconductor lasers
3. Mga Gas Laser
·Optical Pumping sa Gas Laser: Ang ilang uri ng gas laser, tulad ng alkali vapor laser, ay gumagamit ng optical pumping. Ang mga laser na ito ay kadalasang ginagamit sa mga application na nangangailangan ng magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag na may mga partikular na katangian.
Mga Pinagmumulan para sa Optical Pumping
Mga Lampara sa Paglabas: Karaniwan sa mga lamp-pumped laser, ang mga discharge lamp ay ginagamit para sa kanilang mataas na kapangyarihan at malawak na spectrum. YA Mandryko et al. bumuo ng isang power model ng impulse arc discharge generation sa active media optical pumping xenon lamp ng solid-state lasers. Tinutulungan ng modelong ito na ma-optimize ang pagganap ng mga impulse pumping lamp, mahalaga para sa mahusay na operasyon ng laser.
Laser Diodes:Ginagamit sa mga diode-pumped lasers, ang mga laser diode ay nag-aalok ng mga pakinabang tulad ng mataas na kahusayan, compact size, at ang kakayahang maayos na ibagay.
Karagdagang pagbabasa:ano ang laser diode?
Mga Flash Lamp: Ang mga flash lamp ay matindi, malawak na spectrum na pinagmumulan ng liwanag na karaniwang ginagamit para sa pagbomba ng mga solid-state na laser, gaya ng ruby o Nd:YAG lasers. Nagbibigay ang mga ito ng high-intensity burst ng liwanag na nagpapasigla sa laser medium.
Mga Arc Lamp: Katulad ng mga flash lamp ngunit idinisenyo para sa tuluy-tuloy na operasyon, ang mga arc lamp ay nag-aalok ng tuluy-tuloy na pinagmumulan ng matinding liwanag. Ginagamit ang mga ito sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang tuluy-tuloy na wave (CW) laser operation.
Mga LED (Light Emitting Diodes): Bagama't hindi kasingkaraniwan ng mga laser diode, maaaring gamitin ang mga LED para sa optical pumping sa ilang mga application na mababa ang kapangyarihan. Ang mga ito ay kapaki-pakinabang dahil sa kanilang mahabang buhay, mababang gastos, at kakayahang magamit sa iba't ibang mga wavelength.
Sikat ng araw: Sa ilang mga pang-eksperimentong setup, ang puro sikat ng araw ay ginamit bilang pinagmumulan ng pump para sa mga solar-pumped laser. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng solar energy, na ginagawa itong isang renewable at cost-effective na source, kahit na ito ay hindi gaanong nakokontrol at hindi gaanong matindi kumpara sa mga artipisyal na pinagmumulan ng liwanag.
Fiber-Coupled Laser Diodes: Ito ay mga laser diode na isinama sa mga optical fiber, na naghahatid ng pump light nang mas mahusay sa laser medium. Ang pamamaraang ito ay partikular na kapaki-pakinabang sa mga fiber laser at sa mga sitwasyon kung saan ang tumpak na paghahatid ng pump light ay mahalaga.
Iba pang mga Laser: Minsan, ang isang laser ay ginagamit upang mag-pump ng isa pa. Halimbawa, ang isang frequency-double Nd: YAG laser ay maaaring gamitin upang mag-pump ng isang dye laser. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit kapag ang mga tiyak na haba ng daluyong ay kinakailangan para sa proseso ng pumping na hindi madaling makamit gamit ang mga kumbensyonal na pinagmumulan ng liwanag.
Diode-pumped solid-state na laser
Paunang Pinagmumulan ng Enerhiya: Ang proseso ay nagsisimula sa isang diode laser, na nagsisilbing pump source. Ang mga diode laser ay pinili para sa kanilang kahusayan, compact size, at kakayahang maglabas ng liwanag sa mga partikular na wavelength.
Ilaw ng bomba:Ang diode laser ay nagpapalabas ng liwanag na hinihigop ng solid-state gain medium. Ang haba ng daluyong ng diode laser ay iniayon upang tumugma sa mga katangian ng pagsipsip ng daluyan ng pakinabang.
Solid-StateMakakuha ng Medium
Materyal:Ang gain medium sa mga DPSS laser ay karaniwang solid-state na materyal tulad ng Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet), Nd:YVO4 (Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate), o Yb:YAG (Ytterbium-doped Yttrium Aluminum Garnet).
Doping:Ang mga materyales na ito ay doped ng mga rare-earth ions (tulad ng Nd o Yb), na mga aktibong laser ions.
Pagsipsip ng Enerhiya at Pagganyak:Kapag ang pump light mula sa diode laser ay pumasok sa gain medium, ang mga rare-earth ions ay sumisipsip ng enerhiya na ito at nasasabik sa mas mataas na estado ng enerhiya.
Pagbabaligtad ng Populasyon
Pagkamit ng Pagbabaligtad ng Populasyon:Ang susi sa pagkilos ng laser ay ang pagkamit ng pagbaligtad ng populasyon sa daluyan ng pakinabang. Nangangahulugan ito na mas maraming ions ang nasa excited na estado kaysa sa ground state.
Stimulated Emission:Sa sandaling makamit ang pagbaligtad ng populasyon, ang pagpapakilala ng isang photon na tumutugma sa pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng mga excited at ground state ay maaaring pasiglahin ang mga excited na ion na bumalik sa ground state, na naglalabas ng photon sa proseso.
Optical Resonator
Mga Salamin: Ang gain medium ay inilalagay sa loob ng isang optical resonator, karaniwang binubuo ng dalawang salamin sa bawat dulo ng medium.
Feedback at Amplification: Ang isa sa mga salamin ay lubos na sumasalamin, at ang isa ay bahagyang sumasalamin. Ang mga photon ay nagba-bounce pabalik-balik sa pagitan ng mga salamin na ito, na nagpapasigla ng mas maraming emisyon at nagpapalakas ng liwanag.
Laser Emission
Magkakaugnay na Liwanag: Ang mga photon na ibinubuga ay magkakaugnay, ibig sabihin ay nasa phase ang mga ito at may parehong wavelength.
Output: Ang bahagyang reflective mirror ay nagbibigay-daan sa ilan sa liwanag na ito na dumaan, na bumubuo ng laser beam na lumalabas sa DPSS laser.
Pumping Geometries: Side vs. End Pumping
| Paraan ng Pagbomba | Paglalarawan | Mga aplikasyon | Mga kalamangan | Mga hamon |
|---|---|---|---|---|
| Side Pumping | Ang ilaw ng bomba ay ipinakilala patayo sa daluyan ng laser | Rod o fiber laser | Unipormeng pamamahagi ng pump light, na angkop para sa mga high-power na application | Hindi pantay na pamamahagi ng pakinabang, mas mababang kalidad ng beam |
| Tapusin ang pumping | Pump light na nakadirekta sa kaparehong axis ng laser beam | Mga solid-state na laser tulad ng Nd:YAG | Unipormeng pamamahagi ng pakinabang, mas mataas na kalidad ng beam | Kumplikadong pagkakahanay, hindi gaanong mahusay na pag-alis ng init sa mga high-power na laser |
Mga Kinakailangan para sa Mabisang Pump Light
| Kinakailangan | Kahalagahan | Epekto/Balanse | Karagdagang Tala |
|---|---|---|---|
| Kaangkupan ng Spectrum | Dapat tumugma ang wavelength sa absorption spectrum ng laser medium | Tinitiyak ang mahusay na pagsipsip at epektibong pagbabaligtad ng populasyon | - |
| Intensity | Dapat ay sapat na mataas para sa nais na antas ng paggulo | Ang sobrang mataas na intensidad ay maaaring magdulot ng thermal damage; masyadong mababa ay hindi makakamit ang pagbaligtad ng populasyon | - |
| Kalidad ng Beam | Partikular na kritikal sa end-pumped lasers | Tinitiyak ang mahusay na pagkabit at nag-aambag sa ibinubuga na kalidad ng laser beam | Ang mataas na kalidad ng beam ay mahalaga para sa tumpak na overlap ng pump light at volume ng laser mode |
| Polarisasyon | Kinakailangan para sa media na may anisotropic properties | Pinahuhusay ang kahusayan sa pagsipsip at maaaring makaapekto sa ibinubuga na laser light polarization | Maaaring kailanganin ang partikular na estado ng polarization |
| Intensity Ingay | Ang mababang antas ng ingay ay mahalaga | Ang mga pagbabagu-bago sa lakas ng liwanag ng bomba ay maaaring makaapekto sa kalidad at katatagan ng output ng laser | Mahalaga para sa mga application na nangangailangan ng mataas na katatagan at katumpakan |
Oras ng post: Dis-01-2023