Subscriu-te a les nostres xarxes socials per a una publicació ràpida
En la seva essència, el bombeig làser és el procés d'activació d'un medi per aconseguir un estat on pugui emetre llum làser. Això es fa normalment injectant llum o corrent elèctric al medi, excitant els seus àtoms i donant lloc a l'emissió de llum coherent. Aquest procés fonamental ha evolucionat significativament des de l'arribada dels primers làsers a mitjans del segle XX.
Tot i que sovint es modela mitjançant equacions de velocitat, el bombeig làser és fonamentalment un procés mecànic quàntic. Implica interaccions intricades 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 bombeig 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 aconseguir la inversió de la població, un estat on s'exciten més partícules que en un estat d'energia inferior, permetent que el medi amplifiqui la llum mitjançant l'emissió estimulada. El procés implica interaccions quàntiques intricades, 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 ara díodes làser o 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 adaptar-se als requisits específics de la bomba. guany mitjà. El bombeig làser és fonamental en diversos tipus de làser, inclosos els làsers d'estat sòlid, semiconductors i de gas, i és essencial per al funcionament eficient i eficaç del làser.
Varietats de làsers de bombeig òptic
1. Làsers d'estat sòlid amb aïllants dopats
· Visió general:Aquests làsers utilitzen un medi hoste elèctricament aïllant i es basen en el bombeig òptic per activar els ions làser actius. Un exemple comú és el neodimi en làsers YAG.
·Recerca recent:Un estudi d'A. Antipov et al. parla d'un làser proper IR d'estat sòlid per al bombeig òptic d'intercanvi d'espíns. Aquesta investigació posa de manifest els avenços en la tecnologia làser d'estat sòlid, especialment en l'espectre d'infraroig proper, que és crucial per a aplicacions com la imatge mèdica i les telecomunicacions.
Lectures addicionals:Un làser de prop d'IR d'estat sòlid per al bombeig òptic d'intercanvi de girs
2. Làsers semiconductors
·Informació general: els làsers semiconductors, normalment bombejats elèctricament, també es poden beneficiar del bombeig òptic, especialment en aplicacions que requereixen una gran brillantor, com ara els làsers d'emissió de superfícies de cavitat externa vertical (VECSEL).
·Desenvolupaments recents: el treball d'U. Keller sobre pintes de freqüència òptica a partir de làsers d'estat sòlid i semiconductors ultraràpids proporciona informació sobre la generació de pintes de freqüència estables a partir de làsers d'estat sòlid i semiconductors bombejats amb díodes. Aquest avenç és important per a aplicacions en metrologia de freqüència òptica.
Lectures addicionals:Pintes de freqüència òptica de làsers ultraràpids d'estat sòlid i semiconductors
3. Làsers de gas
·Bombeig òptic en làsers de gas: certs tipus de làsers de gas, com els làsers de vapor àlcali, utilitzen el bombeig òptic. Aquests làsers s'utilitzen sovint en aplicacions que requereixen fonts de llum coherents amb propietats específiques.
Fonts per al bombeig òptic
Làmpades de descàrrega: Comú en làsers bombejats amb làmpades, les làmpades de descàrrega s'utilitzen per 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 bombeig òptic de mitjans actius de làsers d'estat sòlid. Aquest model ajuda a optimitzar el rendiment de les làmpades de bombeig d'impuls, crucials per al funcionament eficient del làser.
Díodes làser:Utilitzats en làsers bombejats amb díodes, els díodes làser ofereixen avantatges com l'alta eficiència, la mida compacta i la capacitat d'ajustar-se amb precisió.
Més lectura:què és un díode làser?
Llums de flaix: Les làmpades de flaix són fonts de llum intenses i d'ampli espectre que s'utilitzen habitualment per bombejar làsers d'estat sòlid, com ara làsers robí o Nd:YAG. Proporcionen una ràfega de llum d'alta intensitat que excita el medi làser.
Llums d'arc: Similars 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 habitual com els díodes làser, els LED es poden utilitzar per al bombeig òptic en determinades aplicacions de baixa potència. Són avantatjoses per la seva llarga vida, baix cost i disponibilitat en diverses longituds d'ona.
La llum del sol: En algunes configuracions experimentals, la llum solar concentrada s'ha utilitzat com a font de bomba per als làsers de bombeig solar. Aquest mètode aprofita l'energia solar, convertint-la en una font renovable i rendible, tot i que és menys controlable i menys intensa en comparació amb les fonts de llum artificial.
Díodes làser acoblats a fibra: Són díodes làser acoblats a fibres òptiques, que proporcionen la llum de la bomba de manera més eficient al medi làser. Aquest mètode és especialment 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 bombejar un altre. Per exemple, es pot utilitzar un làser Nd: YAG amb freqüència duplicada per bombar un làser de colorant. Aquest mètode s'utilitza sovint quan es requereixen longituds d'ona específiques per al procés de bombeig que no s'aconsegueix fàcilment amb fonts de llum convencionals.
Làser d'estat sòlid bombat per díode
Font d'energia inicial: El procés comença amb un làser de díode, que serveix com a font de bomba. Els làsers de díode es trien per la seva eficiència, mida compacta i capacitat d'emetre llum a longituds d'ona específiques.
Llum de la bomba:El làser de díode emet llum que és absorbida pel medi de guany d'estat sòlid. La longitud d'ona del làser de díode s'adapta a les característiques d'absorció del medi de guany.
Estat sòlidGuanyar Mitjà
Material:El medi de guany dels làsers DPSS és normalment un material d'estat sòlid com Nd:YAG (granat d'itri d'alumini dopat amb neodimi), Nd: YVO4 (ortovanadat d'itri dopat amb neodimi) o Yb:YAG (granat d'itri d'alumini dopat amb iterbi).
Dopatge:Aquests materials estan dopats amb ions de terres rares (com Nd o Yb), que són els ions làser actius.
Absorció i excitació d'energia:Quan la llum de la bomba del làser de díode entra al medi de guany, els ions de terres rares absorbeixen aquesta energia i s'emocionen a estats d'energia més alts.
Inversió de la població
Aconseguint la inversió de la població:La clau de l'acció làser és aconseguir una inversió de població en el medi de guany. Això vol dir que hi ha més ions en estat excitat que en estat fonamental.
Emissió estimulada:Un cop s'aconsegueix la inversió de la població, la introducció d'un fotó corresponent a la diferència d'energia entre els estats excitat i fonamental pot estimular els ions excitats perquè tornin a l'estat fonamental, emetent un fotó en el procés.
Ressonador òptic
Miralls: el medi de guany es col·loca dins d'un ressonador òptic, format normalment per dos miralls a cada extrem del medi.
Retroalimentació i amplificació: un dels miralls és altament reflectant i l'altre parcialment. Els fotons reboten entre aquests miralls, estimulant més emissions i amplificant la llum.
Emissió làser
Llum coherent: els fotons que s'emeten són coherents, és a dir, estan en fase i tenen la mateixa longitud d'ona.
Sortida: el mirall parcialment reflectant permet passar part d'aquesta llum, formant el raig làser que surt del làser DPSS.
Geometries de bombeig: bombeig lateral i final
| Mètode de bombeig | Descripció | Aplicacions | Avantatges | Reptes |
|---|---|---|---|---|
| Bombeig lateral | Bomba de llum introduïda perpendicularment al medi làser | Làsers de barra o fibra | Distribució uniforme de la llum de la bomba, adequada per a aplicacions d'alta potència | Distribució no uniforme del guany, qualitat del feix inferior |
| Finalitzar el bombeig | Bomba la llum dirigida al llarg del mateix eix que el raig làser | Làsers d'estat sòlid com Nd:YAG | Distribució uniforme del guany, major qualitat del feix | Alineació complexa, dissipació de calor menys eficient en làsers d'alta potència |
Requisits per a la llum de la bomba efectiva
| Requisit | Importància | Impacte/equilibri | Notes addicionals |
|---|---|---|---|
| Idoneïtat de l'espectre | La longitud d'ona ha de coincidir amb l'espectre d'absorció del medi làser | Assegura una absorció eficient i una inversió efectiva de la població | - |
| Intensitat | Ha de ser prou alt per al nivell d'excitació desitjat | Les intensitats massa altes poden causar danys tèrmics; massa baix no aconseguirà la inversió de la població | - |
| Qualitat del feix | Particularment crític en làsers de bombeig final | Assegura un acoblament eficient i contribueix a la qualitat del raig làser emès | L'alta qualitat del feix és crucial per a la superposició precisa de la llum de la bomba i el volum del mode làser |
| Polarització | Necessari per a medis amb propietats anisòtropes | Millora l'eficiència d'absorció i pot afectar la polarització de la llum làser emesa | Pot ser necessari un estat de polarització específic |
| Soroll d'intensitat | Els baixos nivells de soroll són fonamentals | Les fluctuacions en la intensitat de la llum de la bomba poden afectar la qualitat i l'estabilitat de la sortida làser | Important per a aplicacions que requereixen alta estabilitat i precisió |
Hora de publicació: 01-12-2023