Mag-subscribe sa aming Social Media para sa mga Post na Mabilis
Sa esensya nito, ang laser pumping ay ang proseso ng pagpapagana ng isang medium upang makamit ang isang estado kung saan maaari itong maglabas ng liwanag ng laser. Karaniwang ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-inject ng liwanag o kuryente sa medium, na nagpapasigla sa mga atomo nito at humahantong sa paglabas ng magkakaugnay na liwanag. Ang pangunahing prosesong ito ay umunlad nang malaki simula nang lumitaw ang mga unang laser noong kalagitnaan ng ika-20 siglo.
Bagama't kadalasang minomodelo gamit ang mga rate equation, ang laser pumping ay pangunahing isang prosesong quantum mechanical. Kabilang dito ang masalimuot na interaksyon sa pagitan ng mga photon at ng atomic o molecular structure ng gain medium. Isinasaalang-alang ng mga advanced na modelo ang mga phenomena tulad ng mga Rabi oscillations, na nagbibigay ng mas detalyadong pag-unawa sa mga interaksyon na ito.
Ang laser pumping ay isang proseso kung saan ang enerhiya, karaniwang nasa anyo ng liwanag o kuryente, ay ibinibigay sa gain medium ng laser upang itaas ang mga atomo o molekula nito sa mas mataas na estado ng enerhiya. Ang paglipat ng enerhiya na ito ay mahalaga para sa pagkamit ng population inversion, isang estado kung saan mas maraming particle ang nae-excite kaysa sa mas mababang estado ng enerhiya, na nagbibigay-daan sa medium na palakasin ang liwanag sa pamamagitan ng stimulated emission. Ang proseso ay kinabibilangan ng masalimuot na quantum interactions, na kadalasang minomodelo sa pamamagitan ng mga rate equation o mas advanced na quantum mechanical frameworks. Kabilang sa mga pangunahing aspeto ang pagpili ng pump source (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 pangangailangan ng gain medium. Ang laser pumping ay mahalaga sa iba't ibang uri ng laser, kabilang ang solid-state, semiconductor, at gas lasers, at mahalaga para sa mahusay at epektibong operasyon ng laser.
Mga Uri ng Optically Pumped Lasers
1. Mga Solid-State Laser na may mga Doped Insulator
· 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 ang neodymium sa mga YAG laser.
·Kamakailang Pananaliksik:Tinatalakay ng isang pag-aaral nina A. Antipov et al. ang isang solid-state near-IR laser para sa spin-exchange optical pumping. Itinatampok ng pananaliksik na ito ang mga pagsulong sa teknolohiya ng solid-state laser, lalo na sa near-infrared spectrum, na mahalaga para sa mga aplikasyon tulad ng medical imaging at telekomunikasyon.
Karagdagang Babasahin:Isang Solid-State Near-IR Laser para sa Spin-Exchange Optical Pumping
2. Mga Laser na Semikonduktor
·Pangkalahatang Impormasyon: Karaniwang pinapagana ng kuryente, ang mga semiconductor laser ay maaari ring makinabang mula sa optical pumping, lalo na sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na liwanag, tulad ng mga Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL).
·Mga Kamakailang Pag-unlad: Ang gawain ni U. Keller sa mga optical frequency comb mula sa mga ultrafast solid-state at semiconductor laser ay nagbibigay ng mga pananaw sa pagbuo ng mga stable frequency comb mula sa mga diode-pumped solid-state at semiconductor laser. Ang pagsulong na ito ay mahalaga para sa mga aplikasyon sa optical frequency metrology.
Karagdagang Babasahin:Mga optical frequency combs mula sa ultrafast solid-state at semiconductor lasers
3. Mga Gas Laser
·Optical Pumping sa mga 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 aplikasyon na nangangailangan ng mga coherent light source na may mga partikular na katangian.
Mga Pinagmumulan para sa Optical Pumping
Mga Lamp ng PaglabasKaraniwan sa mga lamp-pumped laser, ang mga discharge lamp ay ginagamit dahil sa kanilang mataas na lakas at malawak na spectrum. Bumuo sina YA Mandryko et al. ng isang power model ng impulse arc discharge generation sa active media optical pumping xenon lamps ng mga solid-state laser. Nakakatulong ang modelong ito na i-optimize ang performance ng mga impulse pumping lamp, na mahalaga para sa mahusay na operasyon ng laser.
Mga Diode ng Laser:Ginagamit sa mga diode-pumped laser, ang mga laser diode ay nag-aalok ng mga bentahe tulad ng mataas na kahusayan, siksik na laki, at ang kakayahang maging pino ang pagkakaayos.
Karagdagang babasahin:Ano ang isang laser diode?
Mga Flash LampAng mga flash lamp ay matindi at malawak na spectrum na pinagmumulan ng liwanag na karaniwang ginagamit para sa pagbomba ng mga solid-state laser, tulad ng ruby o Nd:YAG laser. Nagbibigay ang mga ito ng isang high-intensity burst ng liwanag na nagpapasigla sa laser medium.
Mga Lamp na ArcKatulad ng mga flash lamp ngunit dinisenyo para sa tuluy-tuloy na operasyon, ang mga arc lamp ay nag-aalok ng matatag na pinagmumulan ng matinding liwanag. Ginagamit ang mga ito sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang operasyon ng continuous wave (CW) laser.
Mga LED (Light Emitting Diode)Bagama't hindi kasingkaraniwan ng mga laser diode, ang mga LED ay maaaring gamitin para sa optical pumping sa ilang mga aplikasyon na mababa ang lakas. Ang mga ito ay kapaki-pakinabang dahil sa kanilang mahabang buhay, mababang gastos, at pagkakaroon sa iba't ibang wavelength.
Sikat ng arawSa ilang mga eksperimento, ang purong sikat ng araw ay ginamit bilang pinagmumulan ng bomba para sa mga solar-pumped laser. Ginagamit ng pamamaraang ito ang enerhiyang solar, kaya isa itong nababagong at matipid na pinagmumulan, bagama't hindi ito gaanong kontrolado at hindi gaanong matindi kumpara sa mga artipisyal na pinagmumulan ng liwanag.
Mga Diode ng Laser na Pinagsama-sama ng FiberIto ay mga laser diode na nakakabit sa mga optical fiber, na mas mahusay na naghahatid ng pump light sa laser medium. Ang pamamaraang ito ay partikular na kapaki-pakinabang sa mga fiber laser at sa mga sitwasyon kung saan mahalaga ang tumpak na paghahatid ng pump light.
Iba pang mga LaserMinsan, ang isang laser ay ginagamit upang magbomba ng isa pa. Halimbawa, ang isang frequency-double Nd:YAG laser ay maaaring gamitin upang magbomba ng dye laser. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit kapag kinakailangan ang mga partikular na wavelength para sa proseso ng pagbomba na hindi madaling makamit gamit ang mga kumbensyonal na pinagmumulan ng liwanag.
Solid-state laser na pinapagana ng diode
Paunang Pinagmumulan ng EnerhiyaAng proseso ay nagsisimula sa isang diode laser, na nagsisilbing pinagmumulan ng bomba. Ang mga diode laser ay pinipili dahil sa kanilang kahusayan, siksik na laki, at kakayahang maglabas ng liwanag sa mga partikular na wavelength.
Ilaw ng Bomba:Ang diode laser ay naglalabas ng liwanag na hinihigop ng solid-state gain medium. Ang wavelength ng diode laser ay iniayon upang tumugma sa mga katangian ng pagsipsip ng gain medium.
Solidong EstadoKatamtaman ng Pagkuha
Materyal:Ang gain medium sa mga DPSS laser ay karaniwang isang 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).
Pagdodope:Ang mga materyales na ito ay nilagyan ng mga rare-earth ion (tulad ng Nd o Yb), na siyang mga aktibong laser ion.
Pagsipsip at Pagganyak ng Enerhiya:Kapag ang ilaw ng bomba mula sa diode laser ay pumapasok sa gain medium, sinisipsip ng mga rare-earth ion ang enerhiyang ito at nae-excite sa mas matataas na estado ng enerhiya.
Pagbabaliktad ng Populasyon
Pagkamit ng Pagbabaligtad ng Populasyon:Ang susi sa aksyon ng laser ay ang pagkamit ng population inversion sa gain medium. Nangangahulugan ito na mas maraming ions ang nasa excited state kaysa sa ground state.
Pinasiglang Emisyon:Kapag nakamit na ang population inversion, ang pagpapakilala ng isang photon na katumbas ng pagkakaiba ng enerhiya sa pagitan ng mga excited at ground state ay maaaring magpasigla sa mga excited ion na bumalik sa ground state, na maglalabas ng isang photon sa proseso.
Optical Resonator
Mga Salamin: Ang gain medium ay inilalagay sa loob ng isang optical resonator, na karaniwang nabubuo ng dalawang salamin sa magkabilang dulo ng medium.
Feedback at Amplipikasyon: Ang isa sa mga salamin ay lubos na repleksyon, at ang isa naman ay bahagyang repleksyon. Ang mga photon ay tumatalbog pabalik-balik sa pagitan ng mga salamin na ito, na nagpapasigla ng mas maraming emisyon at nagpapalakas ng liwanag.
Paglabas ng Laser
Coherent Light: Ang mga photon na inilalabas ay coherent, ibig sabihin ay nasa phase ang mga ito at may parehong wavelength.
Output: Ang bahagyang repleksyon ng salamin ay nagpapahintulot sa ilan sa liwanag na ito na dumaan, na bumubuo ng laser beam na lalabas sa DPSS laser.
Mga Heometriya ng Pagbomba: Pagbomba sa Gilid vs. Dulo
| Paraan ng Pagbomba | Paglalarawan | Mga Aplikasyon | Mga Kalamangan | Mga Hamon |
|---|---|---|---|---|
| Pagbomba sa Gilid | Ang ilaw ng bomba ay ipinakilala nang patayo sa medium ng laser | Mga laser na rod o fiber | Pare-parehong distribusyon ng ilaw ng bomba, angkop para sa mga aplikasyon na may mataas na lakas | Hindi pare-parehong distribusyon ng gain, mas mababang kalidad ng beam |
| Pagtatapos ng Pagbomba | Ang ilaw ng bomba ay nakadirekta sa parehong aksis ng sinag ng laser | Mga solid-state laser tulad ng Nd:YAG | Pantay na distribusyon ng gain, mas mataas na kalidad ng beam | Komplikadong pagkakahanay, hindi gaanong mahusay na pagwawaldas ng init sa mga high-power laser |
Mga Kinakailangan para sa Epektibong Ilaw ng Bomba
| Kinakailangan | Kahalagahan | Epekto/Balanse | Mga Karagdagang Tala |
|---|---|---|---|
| Kaangkupan ng Spectrum | Dapat tumugma ang haba ng daluyong sa spectrum ng pagsipsip ng medium ng laser | Tinitiyak ang mahusay na pagsipsip at epektibong pagbabaligtad ng populasyon | - |
| Intensity | Dapat sapat ang taas para sa nais na antas ng paggulo | Ang sobrang taas na intensidad ay maaaring magdulot ng pinsala mula sa init; ang sobrang mababa ay hindi makakamit ang pagbabaligtad ng populasyon. | - |
| Kalidad ng Sinag | Partikular na kritikal sa mga end-pumped laser | Tinitiyak ang mahusay na pagkabit at nakakatulong sa kalidad ng ibinubuga na sinag ng laser | Ang mataas na kalidad ng sinag ay mahalaga para sa tumpak na pagsasanib ng ilaw ng bomba at dami ng laser mode |
| Polarisasyon | Kinakailangan para sa media na may mga katangiang anisotropic | Pinahuhusay ang kahusayan sa pagsipsip at maaaring makaapekto sa polarisasyon ng ibinubuga na liwanag ng laser | Maaaring kailanganin ang partikular na estado ng polariseysyon |
| Ingay na may Intensity | Mahalaga ang mababang antas ng ingay | Ang mga pagbabago-bago sa intensity ng ilaw ng bomba ay maaaring makaapekto sa kalidad at katatagan ng output ng laser | Mahalaga para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na katatagan at katumpakan |
Oras ng pag-post: Disyembre 01, 2023