Subscriviu -vos a les nostres xarxes socials per a la publicació ràpida
En la seva essència, el bombament làser és el procés d’energia d’un medi per aconseguir un estat on pugui emetre llum làser. Això es fa normalment injectant llum o corrent elèctric al medi, emocionant els seus àtoms i donant lloc a l’emissió de llum coherent. Aquest procés fundacional ha evolucionat significativament des de l’arribada dels primers làsers a mitjan segle XX.
Tot i que sovint es modelitza per equacions de tarifes, el bombeig làser és fonamentalment un procés mecànic quàntic. Implica interaccions complexes entre fotons i l'estructura atòmica o molecular del medi de guany. Els models avançats consideren fenòmens com les oscil·lacions de Rabi, que proporcionen una comprensió més matisada d’aquestes interaccions.
El bombament làser és un procés on l’energia, normalment en forma de llum o corrent elèctric, es subministra al medi de guany d’un làser per elevar els seus àtoms o molècules a estats d’energia més alts. Aquesta transferència d’energia és crucial per assolir la inversió de la població, un estat on s’emocionen més partícules que en un estat d’energia inferior, permetent al medi amplificar la llum mitjançant l’emissió estimulada. El procés implica interaccions quàntiques complexes, sovint modelades mitjançant equacions de velocitat o marcs mecànics quàntics més avançats. Els aspectes clau inclouen l’elecció de la font de la bomba (com els díodes làser o les làmpades de descàrrega), la geometria de la bomba (bombament lateral o final) i l’optimització de les característiques de la llum de la bomba (espectre, intensitat, qualitat del feix, polarització) per combinar els requisits específics del medi de guany. El bombament làser és fonamental en diversos tipus de làser, incloent làsers d’estat sòlid, semiconductor i gas, i és essencial per a l’operació eficient i eficaç del làser.
Varietats de làsers bombats òpticament
1. Làsers d’estat sòlid amb aïllants dopats
· Visió general:Aquests làsers utilitzen un medi host aïllant elèctricament i es basen en el bombeig òptic per dinamitzar ions actius amb làser. Un exemple comú és el neodimi en els làsers de YAG.
·Recerca recent:Un estudi de A. Antipov et al. Discuteix un làser a prop de l'estat sòlid per al bombeig òptic d'intercanvi de spin. Aquesta investigació posa de manifest els avenços en la tecnologia làser en estat sòlid, particularment en l'espectre d'infraroig proper, que és crucial per a aplicacions com la imatge mèdica i les telecomunicacions.
Més lectura:Un làser de gairebé IR en estat sòlid per al bombeig òptic d’intercanvi de spin
2. Làsers de semiconductors
·Informació general: Els làsers semiconductors típicament bombats elèctrics també poden beneficiar -se del bombeig òptic, especialment en aplicacions que requereixen una gran brillantor, com ara làsers de superfície vertical de cavitat externa (Vecsels).
·Desenvolupaments recents: El treball de U. Keller sobre combinació de freqüències òptiques de làsers d’estat sòlid i semiconductor ultrafast proporciona informació sobre la generació de combes de freqüència estables a partir de làsers d’estat sòlid i semiconductors de díode. Aquest avenç és significatiu per a les aplicacions en metrologia de freqüència òptica.
Més lectura:Combs de freqüència òptica de làsers d’estat sòlid i semiconductors ultrafast
3. Làsers de gas
·Bomba òptica en làsers de gas: determinats tipus de làsers de gas, com els làsers de vapor alcalí, utilitzen bombeig òptic. Aquests làsers s’utilitzen sovint en aplicacions que requereixen fonts de llum coherents amb propietats específiques.
Fonts de bombament òptic
Làmpades de descàrrega: Comú en els làsers combinats amb làmpades, les làmpades de descàrrega s'utilitzen per a la seva gran potència i ampli espectre. Ya Mandryko et al. Va desenvolupar un model de potència de generació de descàrrega d'arc d'impuls en làmpades de xenó de bombament òptic de medis actius de làsers d'estat sòlid. Aquest model ajuda a optimitzar el rendiment de les làmpades de bombament d’impuls, crucials per a un funcionament làser eficient.
Díodes làser:S'utilitza en làsers bombats amb díodes, els díodes làser ofereixen avantatges com l'eficiència alta, la mida compacta i la capacitat de ser ajustat finament.
Més lectura:Què és un díode làser?
Llums flash: Les làmpades flash són fonts de llum intenses i intenses que s’utilitzen habitualment per bombejar làsers d’estat sòlid, com els làsers Ruby o Nd: Yag. Proporcionen un esclat de llum d’alta intensitat que excita el medi làser.
Làmpades d'arc: Similar a les làmpades de flaix però dissenyades per a un funcionament continu, les làmpades d’arc ofereixen una font constant de llum intensa. S'utilitzen en aplicacions on es requereix un funcionament làser d'ona contínua (CW).
LED (díodes emissors de llum): Tot i que no és tan freqüent com els díodes làser, els LED es poden utilitzar per bombardejar òptics en determinades aplicacions de baix consum. Són avantatjosos per la seva llarga vida, baix cost i disponibilitat en diverses longituds d’ona.
Llum de sol: En algunes configuracions experimentals, la llum del sol concentrada s'ha utilitzat com a font de bomba per a làsers de bombament solar. Aquest mètode aprofita l’energia solar, convertint-la en una font renovable i rendible, tot i que és menys controlable i menys intens en comparació amb les fonts de llum artificials.
Díodes làser acoblats a fibra: Es tracta de díodes làser acoblats a fibres òptiques, que proporcionen la llum de la bomba de manera més eficient al medi làser. Aquest mètode és particularment útil en làsers de fibra i en situacions en què el lliurament precís de la llum de la bomba és crucial.
Altres làsers: De vegades, un làser s’utilitza per bombar un altre. Per exemple, es pot utilitzar un làser ND: YAG amb freqüència per bombar un làser de colorant. Aquest mètode s’utilitza sovint quan es requereixen longituds d’ona específiques per al procés de bombament que no s’aconsegueix fàcilment amb fonts de llum convencionals.
Làser d'estat sòlid bombat amb díodes
Font energètica inicial: El procés comença amb un làser de díode, que serveix com a font de la bomba. Els làsers del díode són escollits per la seva eficiència, mida compacta i capacitat per emetre llum a longituds d’ona específiques.
Llum de la bomba:El làser del díode emet llum que s’absorbeix pel medi de guany d’estat sòlid. La longitud d’ona del làser del díode s’adapta per adaptar -se a les característiques d’absorció del medi de guany.
Estat sòlidGuanyar mig
Material:El medi de guany en làsers DPSS és normalment un material en estat sòlid com ND: YAG (ortovanadat de Yttrium dopat amb neodimi), ND: YVO4 (ortovanadat de yttrium dopat per neodimi), o YB: YAG (ytterbium doped yttrium aluminum).
Dopatge:Aquests materials estan dopats amb ions de terra rara (com Nd o Yb), que són els ions làser actius.
Absorció i excitació d’energia:Quan la llum de la bomba del làser del díode entra al medi de guany, els ions de terres rares absorbeixen aquesta energia i s’emocionen amb estats d’energia més alts.
Inversió de la població
Assolir la inversió de la població:La clau de l’acció làser és aconseguir una inversió de població en el medi de guany. Això significa que més ions es troben en un estat emocionat que en l'estat fonamental.
Emissió estimulada:Un cop aconseguida la inversió de la població, la introducció d’un fotó corresponent a la diferència d’energia entre els estats excitats i el sòl pot estimular els ions excitats per tornar a l’estat terrestre, emetent un fotó en el procés.
Ressonador òptic
Miralls: el medi de guany es col·loca dins d’un ressonador òptic, normalment format per dos miralls a cada extrem del medi.
Feedback i amplificació: un dels miralls és molt reflectant i l’altre és parcialment reflectant. Els fotons reboten entre aquests miralls, estimulant més emissions i amplificant la llum.
Emissió làser
Llum coherent: els fotons que s’emeten són coherents, el que significa que estan en fase i tenen la mateixa longitud d’ona.
Sortida: el mirall parcialment reflectant permet passar una part d'aquesta llum, formant el feix làser que surt del làser DPSS.
Geometries de bombament: bomba lateral vs.
| Mètode de bombament | Descripció | Aplicacions | Avantatges | Reptes |
|---|---|---|---|---|
| Bombament lateral | La llum de la bomba introduïda perpendicular al medi làser | Rods o làsers de fibra | Distribució uniforme de la llum de la bomba, adequada per a aplicacions d’alta potència | Distribució de guanys no uniformes, menor qualitat del feix |
| Bombament final | Llum de la bomba dirigida al mateix eix que el feix làser | Làsers d'estat sòlid com ND: YAG | Distribució de guanys uniformes, major qualitat del feix | Alineació complexa, dissipació de calor menys eficient en làsers d’alta potència |
Requisits per a la llum efectiva de la bomba
| Requeriment | Importància | Impacte/equilibri | Notes addicionals |
|---|---|---|---|
| Idoneïtat de l’espectre | La longitud d’ona ha de coincidir amb l’espectre d’absorció del medi làser | Garanteix una absorció eficient i una inversió eficaç de la població | - |
| Intensitat | Ha de ser prou alt per al nivell d’excitació desitjat | Les intensitats excessivament altes poden causar danys tèrmics; Massa baix no aconseguirà la inversió de la població | - |
| Qualitat del feix | Particularment crític en els làsers bombats amb final | Assegura un acoblament eficient i contribueix a la qualitat del feix làser emès | La qualitat de feix elevada és crucial per a un solapament precís de la llum de la bomba i el volum làser |
| Polarització | Necessari per als suports amb propietats anisotròpiques | Millora l’eficiència d’absorció i pot afectar la polarització làser emesa | Pot ser necessari un estat de polarització específic |
| Soroll d’intensitat | Els nivells de soroll baixos són crucials | Les fluctuacions de la intensitat de la llum de la bomba poden afectar la qualitat i l'estabilitat de la sortida del làser | Important per a aplicacions que requereixen una alta estabilitat i precisió |
Posada Posada: 01-01-2023