Langgan Media Sosial Kami Untuk Siaran Segera
Pada dasarnya, pengepaman laser adalah proses memberi tenaga kepada medium untuk mencapai keadaan di mana ia boleh memancarkan cahaya laser. Ini biasanya dilakukan dengan menyuntik cahaya atau arus elektrik ke dalam medium, mengujakan atomnya dan membawa kepada pancaran cahaya koheren. Proses asas ini telah berkembang dengan ketara sejak kemunculan laser pertama pada pertengahan abad ke-20.
Walaupun sering dimodelkan oleh persamaan kadar, pengepaman laser pada asasnya adalah proses mekanikal kuantum. Ia melibatkan interaksi rumit antara foton dan struktur atom atau molekul medium perolehan. Model lanjutan menganggap fenomena seperti ayunan Rabi, yang memberikan pemahaman yang lebih bernuansa tentang interaksi ini.
Pengepam laser ialah satu proses di mana tenaga, biasanya dalam bentuk cahaya atau arus elektrik, dibekalkan kepada medium perolehan laser untuk menaikkan atom atau molekulnya kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi. Pemindahan tenaga ini penting untuk mencapai penyongsangan populasi, keadaan di mana lebih banyak zarah teruja daripada dalam keadaan tenaga yang lebih rendah, membolehkan medium menguatkan cahaya melalui pelepasan yang dirangsang. Proses ini melibatkan interaksi kuantum yang rumit, sering dimodelkan melalui persamaan kadar atau rangka kerja mekanikal kuantum yang lebih maju. Aspek utama termasuk pilihan sumber pam (seperti diod laser atau lampu nyahcas), geometri pam (pengepam sisi atau hujung), dan pengoptimuman ciri cahaya pam (spektrum, keamatan, kualiti rasuk, polarisasi) untuk memadankan keperluan khusus bagi memperoleh medium. Pengepam laser adalah asas dalam pelbagai jenis laser, termasuk laser keadaan pepejal, semikonduktor dan gas, dan penting untuk operasi laser yang cekap dan berkesan.
Varieti Laser Dipam Secara Optik
1. Laser Keadaan Pepejal dengan Penebat Doped
· Gambaran keseluruhan:Laser ini menggunakan medium perumah penebat elektrik dan bergantung pada pengepaman optik untuk memberi tenaga kepada ion aktif laser. Contoh biasa ialah neodymium dalam laser YAG.
·Penyelidikan Terkini:Kajian oleh A. Antipov et al. membincangkan laser berhampiran-IR keadaan pepejal untuk pam optik pertukaran spin. Penyelidikan ini menyerlahkan kemajuan dalam teknologi laser keadaan pepejal, terutamanya dalam spektrum inframerah dekat, yang penting untuk aplikasi seperti pengimejan perubatan dan telekomunikasi.
Bacaan Selanjutnya:Laser Berhampiran-IR Keadaan Pepejal untuk Pengepam Optik Pertukaran Putaran
2. Laser Semikonduktor
·Maklumat Am: Biasanya laser semikonduktor yang dipam secara elektrik juga boleh mendapat manfaat daripada pengepaman optik, terutamanya dalam aplikasi yang memerlukan kecerahan tinggi, seperti Laser Pemancar Permukaan Rongga Luaran Menegak (VECSEL).
·Perkembangan Terkini: Kerja U. Keller pada sikat frekuensi optik dari keadaan pepejal ultracepat dan laser semikonduktor memberikan pandangan tentang penjanaan sikat frekuensi stabil daripada keadaan pepejal dan semikonduktor yang dipam diod. Kemajuan ini penting untuk aplikasi dalam metrologi frekuensi optik.
Bacaan Selanjutnya:Sikat frekuensi optik daripada laser keadaan pepejal dan semikonduktor ultrafast
3. Laser Gas
·Pengepaman Optik dalam Laser Gas: Jenis laser gas tertentu, seperti laser wap alkali, menggunakan pengepaman optik. Laser ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan sumber cahaya yang koheren dengan sifat tertentu.
Sumber untuk Pengepam Optik
Lampu Nyahcas: Biasa dalam laser yang dipam lampu, lampu nyahcas digunakan untuk kuasa tinggi dan spektrum luasnya. YA Mandryko et al. membangunkan model kuasa penjanaan nyahcas arka impuls dalam media aktif pengepam optik lampu xenon laser keadaan pepejal. Model ini membantu mengoptimumkan prestasi lampu pengepam impuls, penting untuk operasi laser yang cekap.
Diod Laser:Digunakan dalam laser pam diod, diod laser menawarkan kelebihan seperti kecekapan tinggi, saiz padat dan keupayaan untuk ditala dengan halus.
Bacaan lanjut:apakah diod laser?
Lampu kilat: Lampu denyar ialah sumber cahaya spektrum luas yang kuat yang biasa digunakan untuk mengepam laser keadaan pepejal, seperti laser ruby atau Nd:YAG. Mereka memberikan pancaran cahaya berintensiti tinggi yang mengujakan medium laser.
Lampu Arka: Sama seperti lampu kilat tetapi direka untuk operasi berterusan, lampu arka menawarkan sumber cahaya terang yang mantap. Ia digunakan dalam aplikasi di mana operasi laser gelombang berterusan (CW) diperlukan.
LED (Diod Pemancar Cahaya): Walaupun tidak biasa seperti diod laser, LED boleh digunakan untuk pengepaman optik dalam aplikasi kuasa rendah tertentu. Mereka berfaedah kerana hayatnya yang panjang, kos rendah, dan ketersediaan dalam pelbagai panjang gelombang.
Cahaya matahari: Dalam beberapa persediaan eksperimen, cahaya matahari pekat telah digunakan sebagai sumber pam untuk laser pam solar. Kaedah ini memanfaatkan tenaga suria, menjadikannya sumber yang boleh diperbaharui dan kos efektif, walaupun ia kurang terkawal dan kurang sengit berbanding dengan sumber cahaya buatan.
Diod Laser Gandingan Gentian: Ini adalah diod laser yang digabungkan dengan gentian optik, yang menyampaikan cahaya pam dengan lebih cekap ke medium laser. Kaedah ini amat berguna dalam laser gentian dan dalam situasi di mana penghantaran cahaya pam yang tepat adalah penting.
Laser lain: Kadangkala, satu laser digunakan untuk mengepam yang lain. Contohnya, laser Nd: YAG yang digandakan frekuensi mungkin digunakan untuk mengepam laser pewarna. Kaedah ini sering digunakan apabila panjang gelombang tertentu diperlukan untuk proses pengepaman yang tidak mudah dicapai dengan sumber cahaya konvensional.
Laser keadaan pepejal yang dipam diod
Sumber Tenaga Awal: Proses bermula dengan laser diod, yang berfungsi sebagai sumber pam. Laser diod dipilih untuk kecekapan, saiz padat, dan keupayaan untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
Lampu Pam:Laser diod memancarkan cahaya yang diserap oleh medium perolehan keadaan pepejal. Panjang gelombang laser diod disesuaikan untuk memadankan ciri-ciri penyerapan medium perolehan.
Keadaan PepejalDapatkan Sederhana
Bahan:Medium keuntungan dalam laser DPSS lazimnya ialah bahan keadaan pepejal seperti Nd:YAG (Yttrium Aluminium Garnet berdop Neodymium), Nd:YVO4 (Yttrium Orthovanadate berdop Neodymium), atau Yb:YAG (Yttrium Aluminium Garnet berdop Ytterbium).
Doping:Bahan-bahan ini didop dengan ion nadir bumi (seperti Nd atau Yb), yang merupakan ion laser aktif.
Penyerapan dan Pengujaan Tenaga:Apabila cahaya pam dari laser diod memasuki medium perolehan, ion nadir bumi menyerap tenaga ini dan teruja kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi.
Penyongsangan Penduduk
Mencapai Penyongsangan Populasi:Kunci kepada tindakan laser ialah mencapai penyongsangan populasi dalam medium keuntungan. Ini bermakna lebih banyak ion berada dalam keadaan teruja berbanding keadaan dasar.
Pelepasan Terrangsang:Setelah penyongsangan populasi dicapai, pengenalan foton yang sepadan dengan perbezaan tenaga antara keadaan teruja dan tanah boleh merangsang ion teruja untuk kembali ke keadaan asas, memancarkan foton dalam proses.
Resonator Optik
Cermin: Media perolehan diletakkan di dalam resonator optik, biasanya dibentuk oleh dua cermin pada setiap hujung medium.
Maklum Balas dan Penguatan: Salah satu cermin adalah sangat reflektif, dan satu lagi adalah sebahagiannya reflektif. Foton melantun bolak-balik antara cermin ini, merangsang lebih banyak pelepasan dan menguatkan cahaya.
Pelepasan Laser
Cahaya Koheren: Foton yang dipancarkan adalah koheren, bermakna ia berada dalam fasa dan mempunyai panjang gelombang yang sama.
Output: Cermin separa pemantul membenarkan sebahagian cahaya ini melalui, membentuk pancaran laser yang keluar dari laser DPSS.
Mengepam Geometri: Mengepam Sisi vs Akhir
| Kaedah Mengepam | Penerangan | Aplikasi | Kelebihan | Cabaran |
|---|---|---|---|---|
| Mengepam Sisi | Cahaya pam diperkenalkan berserenjang dengan medium laser | Laser rod atau gentian | Pengedaran seragam cahaya pam, sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi | Pengagihan keuntungan tidak seragam, kualiti rasuk yang lebih rendah |
| Tamat Pengepam | Lampu pam diarahkan sepanjang paksi yang sama dengan pancaran laser | Laser keadaan pepejal seperti Nd:YAG | Pengagihan keuntungan seragam, kualiti rasuk yang lebih tinggi | Penjajaran kompleks, pelesapan haba yang kurang cekap dalam laser berkuasa tinggi |
Keperluan untuk Lampu Pam Berkesan
| Keperluan | Kepentingan | Kesan/Imbangan | Nota Tambahan |
|---|---|---|---|
| Kesesuaian Spektrum | Panjang gelombang mesti sepadan dengan spektrum penyerapan medium laser | Memastikan penyerapan yang cekap dan penyongsangan populasi yang berkesan | - |
| Intensiti | Mesti cukup tinggi untuk tahap pengujaan yang diingini | Keamatan yang terlalu tinggi boleh menyebabkan kerosakan haba; terlalu rendah tidak akan mencapai penyongsangan populasi | - |
| Kualiti Rasuk | Terutamanya kritikal dalam laser pam akhir | Memastikan gandingan yang cekap dan menyumbang kepada kualiti pancaran laser yang dipancarkan | Kualiti pancaran tinggi adalah penting untuk pertindihan tepat cahaya pam dan volum mod laser |
| Polarisasi | Diperlukan untuk media dengan sifat anisotropik | Meningkatkan kecekapan penyerapan dan boleh menjejaskan polarisasi cahaya laser yang dipancarkan | Keadaan polarisasi tertentu mungkin diperlukan |
| Kebisingan Intensiti | Tahap hingar yang rendah adalah penting | Turun naik dalam keamatan cahaya pam boleh menjejaskan kualiti dan kestabilan output laser | Penting untuk aplikasi yang memerlukan kestabilan dan ketepatan yang tinggi |
Masa siaran: Dis-01-2023