Langgan Media Sosial Kami Untuk Siaran Segera
Pada dasarnya, pengepaman laser ialah 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 atom-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 merupakan proses mekanik kuantum. Ia melibatkan interaksi rumit antara foton dan struktur atom atau molekul medium gandaan. Model lanjutan mempertimbangkan fenomena seperti ayunan Rabi, yang memberikan pemahaman yang lebih terperinci tentang interaksi ini.
Pengepaman laser ialah proses di mana tenaga, biasanya dalam bentuk cahaya atau arus elektrik, dibekalkan kepada medium gandaan laser untuk mengangkat atom atau molekulnya kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi. Pemindahan tenaga ini adalah penting untuk mencapai penyongsangan populasi, keadaan di mana lebih banyak zarah teruja berbanding keadaan tenaga yang lebih rendah, membolehkan medium menguatkan cahaya melalui pancaran yang dirangsang. Proses ini melibatkan interaksi kuantum yang rumit, selalunya dimodelkan melalui persamaan kadar atau rangka kerja mekanik kuantum yang lebih maju. Aspek utama termasuk pilihan sumber pam (seperti diod laser atau lampu nyahcas), geometri pam (pengepaman sisi atau hujung), dan pengoptimuman ciri cahaya pam (spektrum, keamatan, kualiti pancaran, polarisasi) untuk dipadankan dengan keperluan khusus medium gandaan. Pengepaman laser adalah asas dalam pelbagai jenis laser, termasuk laser keadaan pepejal, semikonduktor dan gas, dan penting untuk operasi laser yang cekap dan berkesan.
Jenis-jenis Laser yang Dipam Secara Optik
1. Laser Keadaan Pepejal dengan Penebat Dop
· Gambaran Keseluruhan:Laser ini menggunakan medium hos penebat elektrik dan bergantung pada pam optik untuk memberi tenaga kepada ion aktif laser. Satu contoh biasa ialah neodymium dalam laser YAG.
·Penyelidikan Terkini:Satu kajian oleh A. Antipov et al. membincangkan laser IR hampir keadaan pepejal untuk pengepaman optik pertukaran spin. Kajian ini mengetengahkan kemajuan dalam teknologi laser keadaan pepejal, terutamanya dalam spektrum inframerah dekat, yang penting untuk aplikasi seperti pengimejan perubatan dan telekomunikasi.
Bacaan Lanjut:Laser Near-IR Keadaan Pepejal untuk Pam Optik Pertukaran Putaran
2. Laser Semikonduktor
·Maklumat Umum: Biasanya dipam secara elektrik, laser semikonduktor juga boleh mendapat manfaat daripada pam 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 daripada laser keadaan pepejal dan semikonduktor ultrapantas memberikan pandangan tentang penjanaan sikat frekuensi stabil daripada laser keadaan pepejal dan semikonduktor yang dipam diod. Kemajuan ini penting untuk aplikasi dalam metrologi frekuensi optik.
Bacaan Lanjut:Gabungan frekuensi optik daripada laser keadaan pepejal dan semikonduktor ultra pantas
3. Laser Gas
·Pam Optik dalam Laser Gas: Sesetengah jenis laser gas, seperti laser wap alkali, menggunakan pam optik. Laser ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan sumber cahaya koheren dengan sifat tertentu.
Sumber untuk Pam Optik
Lampu PelepasanBiasa dalam laser yang dipam lampu, lampu nyahcas digunakan kerana kuasa tinggi dan spektrumnya yang luas. YA Mandryko et al. telah membangunkan model kuasa penjanaan nyahcas arka impuls dalam lampu xenon pam optik media aktif bagi laser keadaan pepejal. Model ini membantu mengoptimumkan prestasi lampu pam impuls, penting untuk operasi laser yang cekap.
Diod Laser:Digunakan dalam laser yang dipam diod, diod laser menawarkan kelebihan seperti kecekapan tinggi, saiz padat dan keupayaan untuk ditala dengan halus.
Bacaan lanjut:Apakah diod laser itu?
Lampu KilatLampu kilat ialah sumber cahaya spektrum luas yang kuat yang biasa digunakan untuk mengepam laser keadaan pepejal, seperti laser ruby atau Nd:YAG. Ia memberikan letusan cahaya berintensiti tinggi yang mengujakan medium laser.
Lampu ArkaSama seperti lampu kilat tetapi direka bentuk untuk operasi berterusan, lampu arka menawarkan sumber cahaya yang kuat dan stabil. Ia digunakan dalam aplikasi di mana operasi laser gelombang berterusan (CW) diperlukan.
LED (Diod Pemancar Cahaya)Walaupun tidak sebiasa diod laser, LED boleh digunakan untuk pengepaman optik dalam aplikasi kuasa rendah tertentu. Ia berfaedah kerana jangka hayatnya yang panjang, kos rendah dan ketersediaannya dalam pelbagai panjang gelombang.
Cahaya matahariDalam beberapa persediaan eksperimen, cahaya matahari pekat telah digunakan sebagai sumber pam untuk laser yang dipam solar. Kaedah ini memanfaatkan tenaga solar, menjadikannya sumber yang boleh diperbaharui dan kos efektif, walaupun ia kurang terkawal dan kurang kuat berbanding sumber cahaya tiruan.
Diod Laser Bergandingan GentianIni adalah diod laser yang digandingkan dengan gentian optik, yang menghantar 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 LainKadangkala, satu laser digunakan untuk mengepam laser yang lain. Contohnya, laser Nd:YAG berganda 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 AwalProses ini bermula dengan laser diod, yang berfungsi sebagai sumber pam. Laser diod dipilih kerana kecekapan, saiz padat dan keupayaannya untuk memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
Lampu Pam:Laser diod memancarkan cahaya yang diserap oleh medium gandaan keadaan pepejal. Panjang gelombang laser diod disesuaikan agar sepadan dengan ciri penyerapan medium gandaan.
Keadaan PepejalKeuntungan Sederhana
Bahan:Medium gandaan dalam laser DPSS biasanya merupakan bahan keadaan pepejal seperti Nd:YAG (Garn Aluminium Yttrium yang didop Neodymium), Nd:YVO4 (Garn Aluminium Yttrium yang didop Neodymium), atau Yb:YAG (Garn Aluminium Yttrium yang didop 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 gandaan, ion nadir bumi menyerap tenaga ini dan teruja ke keadaan tenaga yang lebih tinggi.
Penyongsangan Populasi
Mencapai Penyongsangan Populasi:Kunci kepada tindakan laser adalah mencapai penyongsangan populasi dalam medium gandaan. Ini bermakna lebih banyak ion berada dalam keadaan teruja berbanding keadaan dasar.
Pelepasan Terrangsang:Sebaik sahaja penyongsangan populasi dicapai, pengenalan foton yang sepadan dengan perbezaan tenaga antara keadaan teruja dan keadaan dasar boleh merangsang ion teruja untuk kembali ke keadaan dasar, lalu memancarkan foton dalam proses tersebut.
Resonator Optik
Cermin: Medium gandaan diletakkan di dalam resonator optik, biasanya dibentuk oleh dua cermin di setiap hujung medium.
Maklum Balas dan Amplifikasi: Salah satu cermin sangat memantulkan cahaya, dan yang satu lagi sebahagiannya memantulkan cahaya. Foton melantun ke depan dan ke belakang antara cermin-cermin ini, merangsang lebih banyak pancaran 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 pantul membenarkan sebahagian cahaya ini melaluinya, membentuk pancaran laser yang keluar dari laser DPSS.
Geometri Pam: Pam Sisi vs. Hujung
| Kaedah Pam | Penerangan | Aplikasi | Kelebihan | Cabaran |
|---|---|---|---|---|
| Pam Sisi | Cahaya pam diperkenalkan secara serenjang dengan medium laser | Laser rod atau gentian | Pengagihan cahaya pam yang seragam, sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi | Pengagihan gandaan tidak seragam, kualiti rasuk yang lebih rendah |
| Pengepaman Akhir | Cahaya pam dihalakan sepanjang paksi yang sama dengan pancaran laser | Laser keadaan pepejal seperti Nd:YAG | Pengagihan gandaan seragam, kualiti pancaran yang lebih tinggi | Penjajaran kompleks, pelesapan haba yang kurang cekap dalam laser berkuasa tinggi |
Keperluan untuk Lampu Pam Berkesan
| Keperluan | Kepentingan | Impak/Keseimbangan | 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 terma; terlalu rendah tidak akan mencapai penyongsangan populasi | - |
| Kualiti Rasuk | Amat kritikal dalam laser yang dipam hujung | Memastikan gandingan yang cekap dan menyumbang kepada kualiti pancaran laser yang dipancarkan | Kualiti pancaran yang tinggi adalah penting untuk pertindihan tepat antara cahaya pam dan isipadu 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 |
| Keamatan Bunyi | Tahap bunyi yang rendah adalah penting | Turun naik keamatan cahaya pam boleh menjejaskan kualiti dan kestabilan output laser | Penting untuk aplikasi yang memerlukan kestabilan dan ketepatan yang tinggi |
Masa siaran: 01 Dis-2023