Abbona għall-Midja Soċjali Tagħna għal Post Immedjat
Essenzjalment, l-ippumpjar bil-lejżer huwa l-proċess li bih mezz jingħata enerġija biex jinkiseb stat fejn ikun jista' jarmi dawl bil-lejżer. Dan tipikament isir billi jiġi injettat dawl jew kurrent elettriku fil-mezz, jiġu eċċitati l-atomi tiegħu u dan iwassal għall-emissjoni ta' dawl koerenti. Dan il-proċess fundamentali evolva b'mod sinifikanti mill-miġja tal-ewwel lejżers f'nofs is-seklu 20.
Filwaqt li ħafna drabi jiġi mmudellat permezz ta' ekwazzjonijiet tar-rata, l-ippumpjar bil-lejżer huwa fundamentalment proċess mekkaniku kwantistiku. Jinvolvi interazzjonijiet kumplessi bejn il-fotoni u l-istruttura atomika jew molekulari tal-mezz ta' qligħ. Mudelli avvanzati jikkunsidraw fenomeni bħall-oxxillazzjonijiet ta' Rabi, li jipprovdu fehim aktar sfumat ta' dawn l-interazzjonijiet.
L-ippumpjar bil-lejżer huwa proċess fejn l-enerġija, tipikament fil-forma ta’ dawl jew kurrent elettriku, tiġi fornuta lill-mezz ta’ qligħ tal-lejżer biex televa l-atomi jew il-molekuli tiegħu għal stati ta’ enerġija ogħla. Dan it-trasferiment tal-enerġija huwa kruċjali biex tinkiseb l-inverżjoni tal-popolazzjoni, stat fejn aktar partiċelli jiġu eċċitati milli fi stat ta’ enerġija aktar baxxa, li jippermetti lill-mezz jamplifika d-dawl permezz ta’ emissjoni stimulata. Il-proċess jinvolvi interazzjonijiet kwantistiċi kumplessi, ħafna drabi mmudellati permezz ta’ ekwazzjonijiet tar-rata jew oqfsa mekkaniċi kwantistiċi aktar avvanzati. Aspetti ewlenin jinkludu l-għażla tas-sors tal-pompa (bħal dijodi tal-lejżer jew lampi ta’ skariku), il-ġeometrija tal-pompa (ippumpjar mill-ġenb jew mit-tarf), u l-ottimizzazzjoni tal-karatteristiċi tad-dawl tal-pompa (spettru, intensità, kwalità tar-raġġ, polarizzazzjoni) biex jaqblu mar-rekwiżiti speċifiċi tal-mezz ta’ qligħ. L-ippumpjar bil-lejżer huwa fundamentali f’diversi tipi ta’ lejżers, inklużi lejżers ta’ stat solidu, semikondutturi, u tal-gass, u huwa essenzjali għat-tħaddim effiċjenti u effettiv tal-lejżer.
Varjetajiet ta' Lejżers Ippumpjati Ottikament
1. Lejżers ta' Stat Solidu b'Iżolaturi Doped
· Ħarsa ġenerali:Dawn il-lejżers jużaw mezz ospitanti li jiżola l-elettriku u jiddependu fuq ippumpjar ottiku biex jagħtu l-enerġija lill-joni attivi tal-lejżer. Eżempju komuni huwa n-neodimju fil-lejżers YAG.
·Riċerka Riċenti:Studju minn A. Antipov et al. jiddiskuti lejżer solidu-stat qrib l-infra-aħmar għall-ippumpjar ottiku ta' skambju ta' spin. Din ir-riċerka tenfasizza l-avvanzi fit-teknoloġija tal-lejżer solidu-stat, partikolarment fl-ispettru qrib l-infra-aħmar, li huwa kruċjali għal applikazzjonijiet bħall-immaġini medika u t-telekomunikazzjonijiet.
Aktar Qari:Laser Solid-State Near-IR għall-Ippumpjar Ottiku ta' Spin-Exchange
2. Lejżers Semikondutturi
·Informazzjoni Ġenerali: Tipikament ippumpjati bl-elettriku, il-lejżers tas-semikondutturi jistgħu jibbenefikaw ukoll minn ippumpjar ottiku, speċjalment f'applikazzjonijiet li jeħtieġu luminożità għolja, bħal Lejżers li Jarmu l-Wiċċ b'Kavità Esterna Vertikali (VECSELs).
·Żviluppi Riċenti: Ix-xogħol ta' U. Keller fuq moxtijiet ta' frekwenza ottika minn lejżers ultraveloċi ta' stat solidu u semikondutturi jipprovdi għarfien dwar il-ġenerazzjoni ta' moxtijiet ta' frekwenza stabbli minn lejżers ta' stat solidu u semikondutturi ppumpjati bid-dijodi. Dan l-avvanz huwa sinifikanti għall-applikazzjonijiet fil-metroloġija tal-frekwenza ottika.
Aktar Qari:Moxtijiet tal-frekwenza ottika minn lejżers ultraveloċi ta' stat solidu u semikondutturi
3. Lejżers tal-Gass
·Ippumpjar Ottiku f'Lejżers tal-Gass: Ċerti tipi ta' lejżers tal-gass, bħal lejżers tal-fwar alkali, jużaw ippumpjar ottiku. Dawn il-lejżers spiss jintużaw f'applikazzjonijiet li jeħtieġu sorsi ta' dawl koerenti bi proprjetajiet speċifiċi.
Sorsi għall-Ippumpjar Ottiku
Lampi ta' SkarikaKomuni fil-lejżers ippumpjati bil-lampi, il-lampi ta' skarika jintużaw għall-qawwa għolja u l-ispettru wiesa' tagħhom. YA Mandryko et al. żviluppaw mudell ta' qawwa tal-ġenerazzjoni ta' skarika ta' ark ta' impuls f'lampi tal-kseno b'ippumpjar ottiku b'mezzi attivi ta' lejżers ta' stat solidu. Dan il-mudell jgħin biex tiġi ottimizzata l-prestazzjoni tal-lampi li jippompjaw bl-impuls, kruċjali għat-tħaddim effiċjenti tal-lejżer.
Dijodi tal-lejżer:Użati f'lejżers ippumpjati bid-dijodi, id-dijodi tal-lejżer joffru vantaġġi bħal effiċjenza għolja, daqs kompatt, u l-abbiltà li jiġu aġġustati b'mod fin.
Aktar qari:X'inhu dajowd tal-lejżer?
Lampi tal-FlashLampi flash huma sorsi ta' dawl intensi u ta' spettru wiesa' li huma komunement użati għall-ippumpjar ta' lejżers ta' stat solidu, bħal lejżers ruby jew Nd:YAG. Jipprovdu tifqigħa ta' dawl ta' intensità għolja li teċita l-mezz tal-lejżer.
Lampi tal-ArkSimili għal-lampi tal-flash iżda ddisinjati għal tħaddim kontinwu, il-lampi tal-ark joffru sors kostanti ta’ dawl intens. Jintużaw f’applikazzjonijiet fejn hija meħtieġa tħaddim bil-lejżer b’mewġa kontinwa (CW).
LEDs (Dajowds li Jarmu d-Dawl)Għalkemm mhumiex komuni daqs id-dijodi tal-lejżer, l-LEDs jistgħu jintużaw għall-ippumpjar ottiku f'ċerti applikazzjonijiet ta' enerġija baxxa. Huma vantaġġjużi minħabba l-ħajja twila tagħhom, l-ispiża baxxa, u d-disponibbiltà f'diversi wavelengths.
Dawl tax-xemxF'xi setups sperimentali, id-dawl tax-xemx ikkonċentrat intuża bħala sors ta' pompa għal lejżers ippumpjati bix-xemx. Dan il-metodu jisfrutta l-enerġija solari, u jagħmilha sors rinnovabbli u kosteffettiv, għalkemm huwa inqas kontrollabbli u inqas intens meta mqabbel ma' sorsi ta' dawl artifiċjali.
Dajowds tal-Laser Akkoppjati bil-FibraDawn huma dijodi tal-lejżer akkoppjati ma' fibri ottiċi, li jwasslu d-dawl tal-pompa b'mod aktar effiċjenti lill-mezz tal-lejżer. Dan il-metodu huwa partikolarment utli fil-lejżers tal-fibra u f'sitwazzjonijiet fejn il-kunsinna preċiża tad-dawl tal-pompa hija kruċjali.
Lejżers OħraXi kultant, laser wieħed jintuża biex jippompja ieħor. Pereżempju, laser Nd: YAG b'frekwenza rdoppjata jista' jintuża biex jippompja laser taż-żebgħa. Dan il-metodu spiss jintuża meta jkunu meħtieġa wavelengths speċifiċi għall-proċess tal-ippumpjar li ma jintlaħaqx faċilment b'sorsi tad-dawl konvenzjonali.
Lejżer ta' stat solidu ppumpjat bid-dijodi
Sors ta' Enerġija InizjaliIl-proċess jibda b'lejżer tad-dijodi, li jservi bħala s-sors tal-pompa. Il-lejżers tad-dijodi jintgħażlu għall-effiċjenza tagħhom, id-daqs kompatt, u l-abbiltà li jarmu dawl f'tul ta' mewġ speċifiċi.
Dawl tal-Pompa:Il-lejżer tad-dijodu jarmi dawl li jiġi assorbit mill-mezz ta' qligħ ta' stat solidu. It-tul tal-mewġa tal-lejżer tad-dijodu huwa mfassal biex jaqbel mal-karatteristiċi ta' assorbiment tal-mezz ta' qligħ.
Stat SoliduGwadan Medju
Materjal:Il-mezz ta' qligħ fil-lejżers DPSS tipikament huwa materjal ta' stat solidu bħal Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet), Nd:YVO4 (Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate), jew Yb:YAG (Ytterbium-doped Yttrium Aluminum Garnet).
Doping:Dawn il-materjali huma mgħobbija b'joni rari tad-dinja (bħal Nd jew Yb), li huma l-joni attivi tal-lejżer.
Assorbiment u Eċċitazzjoni tal-Enerġija:Meta d-dawl tal-pompa mil-lejżer tad-dijodu jidħol fil-mezz tal-qligħ, il-joni tad-dinja rari jassorbu din l-enerġija u jiġu eċċitati għal stati ta' enerġija ogħla.
Inverżjoni tal-Popolazzjoni
Il-Kisba tal-Inverżjoni tal-Popolazzjoni:Iċ-ċavetta għall-azzjoni tal-lejżer hija li tinkiseb inverżjoni tal-popolazzjoni fil-mezz ta' qligħ. Dan ifisser li aktar joni jkunu fi stat eċċitat milli fl-istat fundamentali.
Emissjoni Stimulata:Ladarba tinkiseb l-inverżjoni tal-popolazzjoni, l-introduzzjoni ta' foton li jikkorrispondi għad-differenza fl-enerġija bejn l-istati eċċitati u fundamentali tista' tistimula l-joni eċċitati biex jirritornaw għall-istat fundamentali, u b'hekk jarmu foton fil-proċess.
Reżonatur Ottiku
Mirja: Il-mezz tal-qligħ jitqiegħed ġewwa reżonatur ottiku, tipikament iffurmat minn żewġ mirja f'kull tarf tal-mezz.
Feedback u Amplifikazzjoni: Wieħed mill-mirja jirrifletti ħafna, u l-ieħor jirrifletti parzjalment. Il-fotoni jirriflettu 'l quddiem u lura bejn dawn il-mirja, u b'hekk jistimulaw aktar emissjonijiet u jamplifikaw id-dawl.
Emissjoni tal-Laser
Dawl Koerenti: Il-fotoni li jiġu emessi huma koerenti, jiġifieri huma f'fażi u għandhom l-istess wavelength.
Output: Il-mera parzjalment riflettiva tippermetti li parti minn din id-dawl tgħaddi minnha, u tifforma r-raġġ tal-lejżer li joħroġ mil-lejżer DPSS.
Ġeometriji tal-Ippumpjar: Ippumpjar fil-Ġenb vs. Ippumpjar fit-Tarf
| Metodu ta' Ippumpjar | Deskrizzjoni | Applikazzjonijiet | Vantaġġi | Sfidi |
|---|---|---|---|---|
| Ippumpjar tal-ġenb | Dawl tal-pompa introdott perpendikolari mal-mezz tal-lejżer | Lejżers tal-vireg jew tal-fibra | Distribuzzjoni uniformi tad-dawl tal-pompa, adattata għal applikazzjonijiet ta' qawwa għolja | Distribuzzjoni tal-qligħ mhux uniformi, kwalità tar-raġġ aktar baxxa |
| Tmiem l-Ippumpjar | Dawl tal-pompa dirett tul l-istess assi bħar-raġġ tal-lejżer | Lejżers ta' stat solidu bħal Nd:YAG | Distribuzzjoni uniformi tal-qligħ, kwalità ogħla tar-raġġ | Allinjament kumpless, dissipazzjoni tas-sħana inqas effiċjenti f'lejżers ta' qawwa għolja |
Rekwiżiti għal Dawl Effettiv tal-Pompa
| Rekwiżit | Importanza | Impatt/Bilanċ | Noti Addizzjonali |
|---|---|---|---|
| Adattabilità tal-Ispettru | It-tul tal-mewġa għandu jaqbel mal-ispettru tal-assorbiment tal-mezz tal-lejżer | Jiżgura assorbiment effiċjenti u inverżjoni effettiva tal-popolazzjoni | - |
| Intensità | Irid ikun għoli biżżejjed għal-livell ta' eċċitazzjoni mixtieq | Intensitajiet għoljin iżżejjed jistgħu jikkawżaw ħsara termali; baxxi wisq ma jiksbux inverżjoni tal-popolazzjoni | - |
| Kwalità tar-Raġġ | Partikolarment kritiku fil-lejżers ippumpjati mit-tarf | Jiżgura akkoppjar effiċjenti u jikkontribwixxi għall-kwalità tar-raġġ tal-lejżer emess | Il-kwalità tar-raġġ għoli hija kruċjali għal sovrappożizzjoni preċiża tad-dawl tal-pompa u l-volum tal-modalità tal-lejżer |
| Polarizzazzjoni | Meħtieġ għal mezzi bi proprjetajiet anisotropiċi | Ittejjeb l-effiċjenza tal-assorbiment u tista' taffettwa l-polarizzazzjoni tad-dawl tal-lejżer emess | Jista' jkun meħtieġ stat speċifiku ta' polarizzazzjoni |
| Intensità tal-Istorbju | Livelli baxxi ta' storbju huma kruċjali | Il-varjazzjonijiet fl-intensità tad-dawl tal-pompa jistgħu jaffettwaw il-kwalità u l-istabbiltà tal-output tal-lejżer | Importanti għal applikazzjonijiet li jeħtieġu stabbiltà u preċiżjoni għolja |
Ħin tal-posta: 01 ta' Diċembru 2023