ข่าว - การสูบน้ำแบบออพติคอลในเลเซอร์คืออะไร?

สมัครสมาชิกโซเชียลมีเดียของเราสำหรับโพสต์ที่รวดเร็ว

ที่สาระสำคัญของมันการสูบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการของการเพิ่มพลังสื่อเพื่อให้ได้สถานะที่สามารถปล่อยแสงเลเซอร์ โดยทั่วไปแล้วจะทำโดยการฉีดแสงหรือกระแสไฟฟ้าลงในสื่อทำให้อะตอมของมันน่าตื่นเต้นและนำไปสู่การปล่อยแสงที่สอดคล้องกัน กระบวนการพื้นฐานนี้มีการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญตั้งแต่การถือกำเนิดของเลเซอร์แรกในช่วงกลางศตวรรษที่ 20

ในขณะที่มักจะจำลองตามสมการอัตราการสูบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการทางกลของควอนตัม มันเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างโฟตอนและโครงสร้างอะตอมหรือโมเลกุลของตัวกลาง Gain โมเดลขั้นสูงพิจารณาปรากฏการณ์เช่น Rabi oscillations ซึ่งให้ความเข้าใจที่เหมาะสมยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการโต้ตอบเหล่านี้

การสูบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่พลังงานโดยทั่วไปในรูปแบบของแสงหรือกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังตัวกลางที่ได้รับเลเซอร์เพื่อยกระดับอะตอมหรือโมเลกุลให้อยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น การถ่ายโอนพลังงานนี้มีความสำคัญต่อการบรรลุการผกผันของประชากรซึ่งเป็นรัฐที่มีอนุภาคที่ตื่นเต้นมากกว่าในสถานะพลังงานที่ต่ำกว่าทำให้สื่อสามารถขยายแสงผ่านการปล่อยมลพิษได้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการโต้ตอบควอนตัมที่ซับซ้อนซึ่งมักจะจำลองผ่านสมการอัตราหรือกรอบกลไกเชิงกลขั้นสูง แง่มุมที่สำคัญรวมถึงทางเลือกของแหล่งปั๊ม (เช่นเลเซอร์ไดโอดหรือโคมไฟปล่อย), เรขาคณิตของปั๊ม (การสูบน้ำด้านข้างหรือปลาย) และการเพิ่มประสิทธิภาพของลักษณะแสงปั๊ม (สเปกตรัม, ความเข้ม, คุณภาพของลำแสง, โพลาไรเซชัน) เพื่อให้ตรงกับข้อกำหนดเฉพาะ การสูบด้วยเลเซอร์เป็นพื้นฐานในเลเซอร์ประเภทต่างๆรวมถึงโซลิดสเตตเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์ก๊าซและเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพของเลเซอร์

เลเซอร์ที่สูบด้วยแสงหลากหลายชนิด

1. เลเซอร์โซลิดสเตตที่มีฉนวนกันความร้อน

·ภาพรวม:เลเซอร์เหล่านี้ใช้สื่อโฮสต์ฉนวนไฟฟ้าและพึ่งพาการสูบน้ำแบบออพติคอลเพื่อเพิ่มพลังไอออนเลเซอร์ที่ใช้งาน ตัวอย่างทั่วไปคือนีโอไดเมียมในเลเซอร์ YAG

-การวิจัยล่าสุด:การศึกษาโดย A. Antipov และคณะ กล่าวถึงเลเซอร์ใกล้กับโซลิดสเตตสำหรับการสูบฉีดแบบสปินแลกเปลี่ยน งานวิจัยนี้เน้นความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเลเซอร์โซลิดสเตตโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานเช่นการถ่ายภาพทางการแพทย์และการสื่อสารโทรคมนาคม

การอ่านเพิ่มเติม:เลเซอร์ใกล้กับโซลิดสเตตสำหรับการปั๊มแสงสปินแลกเปลี่ยน

2. เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

-ข้อมูลทั่วไป: โดยทั่วไปแล้วการสูบด้วยไฟฟ้าเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังสามารถได้รับประโยชน์จากการสูบน้ำแบบออพติคอลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่ต้องการความสว่างสูงเช่นเลเซอร์ที่เปล่งแสงภายนอก (VECSELS)

-การพัฒนาล่าสุด: งานของ U. Keller เกี่ยวกับหวีความถี่แบบออพติคอลจากเลเซอร์โซลิดสเตตและเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความถี่สูงเป็นพิเศษให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการสร้างหวีความถี่ที่เสถียรจากเลเซอร์โซลิดสเตตและเซมิคอนดักเตอร์แบบไดโอด ความก้าวหน้านี้มีความสำคัญสำหรับการใช้งานในมาตรวิทยาความถี่ออพติคอล

การอ่านเพิ่มเติม:หวีความถี่ออพติคอลจากเลเซอร์โซลิดแอนด์โซลิดแอนด์แอลแกมท์และเซมิคอนดักเตอร์

3. เลเซอร์แก๊ส

-การสูบน้ำแบบออพติคอลในเลเซอร์แก๊ส: เลเซอร์ก๊าซบางประเภทเช่นเลเซอร์ไออัลคาไลใช้การสูบน้ำแบบออพติคอล เลเซอร์เหล่านี้มักจะใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการแหล่งกำเนิดแสงที่สอดคล้องกันด้วยคุณสมบัติเฉพาะ

แหล่งที่มาสำหรับการสูบน้ำแบบออพติคอล

โคมไฟคายประจุ: พบได้ทั่วไปในเลเซอร์ที่ติดตั้งโคมไฟจะใช้หลอดไฟสำหรับพลังงานสูงและสเปกตรัมในวงกว้าง Ya Mandryko และคณะ พัฒนาแบบจำลองพลังงานของการสร้างการปล่อยอาร์คแบบอิมพัลส์ในหลอดไฟซีนอนแบบออพติคอลที่ใช้งานอยู่ของเลเซอร์โซลิดสเตต รุ่นนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของโคมไฟปั๊มแรงกระตุ้นซึ่งสำคัญสำหรับการทำงานด้วยเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพ

เลเซอร์ไดโอด:ใช้ในเลเซอร์แบบพัมพัมไดโอดเลเซอร์ไดโอดเสนอข้อดีเช่นประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัดและความสามารถในการปรับแต่งอย่างประณีต

การอ่านเพิ่มเติม:เลเซอร์ไดโอดคืออะไร?

โคมไฟแฟลช: โคมไฟแฟลชมีความรุนแรงแหล่งกำเนิดแสงกว้างสเปกตรัมที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการสูบเลเซอร์โซลิดสเตตเช่นทับทิมหรือเลเซอร์ ND: YAG พวกเขาให้แสงที่มีความเข้มสูงซึ่งทำให้เกิดความตื่นเต้นในสื่อเลเซอร์

โคมไฟโค้ง: คล้ายกับโคมไฟแฟลช แต่ออกแบบมาเพื่อการทำงานอย่างต่อเนื่องโคมไฟอาร์คนำเสนอแหล่งแสงที่รุนแรง พวกเขาจะใช้ในแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องใช้การทำงานด้วยเลเซอร์คลื่น (CW)

LED (ไดโอดเปล่งแสง): ในขณะที่ไม่ธรรมดาเท่ากับเลเซอร์ไดโอด LED สามารถใช้สำหรับการสูบน้ำแบบออพติคอลในแอพพลิเคชั่นพลังงานต่ำ พวกเขามีประโยชน์เนื่องจากชีวิตที่ยาวนานต้นทุนต่ำและความพร้อมใช้งานในความยาวคลื่นต่างๆ

แสงแดด: ในการตั้งค่าการทดลองบางอย่างแสงแดดเข้มข้นถูกนำมาใช้เป็นแหล่งปั๊มสำหรับเลเซอร์ที่อัดแน่นด้วยแสงอาทิตย์ วิธีนี้ควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนและประหยัดค่าใช้จ่ายแม้ว่าจะควบคุมได้น้อยกว่าและเข้มข้นน้อยกว่าเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์

ไดโอดเลเซอร์คู่: นี่คือไดโอดเลเซอร์ควบคู่ไปกับเส้นใยออพติคอลซึ่งให้แสงปั๊มได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปยังตัวกลางเลเซอร์ วิธีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในเลเซอร์ไฟเบอร์และในสถานการณ์ที่การส่งแสงปั๊มอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ

เลเซอร์อื่น ๆ: บางครั้งเลเซอร์หนึ่งถูกใช้เพื่อปั๊มอีกอัน ตัวอย่างเช่นเลเซอร์ ND: YAG ความถี่อาจใช้ในการปั๊มเลเซอร์สีย้อม วิธีนี้มักจะใช้เมื่อจำเป็นต้องใช้ความยาวคลื่นเฉพาะสำหรับกระบวนการสูบน้ำที่ไม่สามารถทำได้อย่างง่ายดายด้วยแหล่งกำเนิดแสงทั่วไป

เลเซอร์โซลิดสเตตแบบไดโอด

แหล่งพลังงานเริ่มต้น: กระบวนการเริ่มต้นด้วยเลเซอร์ไดโอดซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งปั๊ม เลเซอร์ไดโอดถูกเลือกเพื่อประสิทธิภาพขนาดกะทัดรัดและความสามารถในการปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ

ไฟปั๊ม:เลเซอร์ไดโอดปล่อยแสงที่ถูกดูดซึมโดยตัวกลางที่ได้รับโซลิดสเตต ความยาวคลื่นของเลเซอร์ไดโอดได้รับการปรับแต่งให้ตรงกับลักษณะการดูดซับของตัวกลาง Gain

ของแข็งได้รับสื่อ

วัสดุ:ตัวกลางที่ได้รับในเลเซอร์ DPSS มักจะเป็นวัสดุที่เป็นของแข็งเช่น ND: YAG (Neodymium-doped อลูมิเนียมอลูมิเนียมโกเมน), nd: yvo4 (neodymium-doped yttrium orthovanadate) หรือ yb: yag

ยาสลบ:วัสดุเหล่านี้จะถูกเจือด้วยไอออนที่หายากของโลก (เช่น ND หรือ YB) ซึ่งเป็นไอออนเลเซอร์ที่ใช้งานอยู่

การดูดซับพลังงานและการกระตุ้น:เมื่อแสงปั๊มจากเลเซอร์ไดโอดเข้าสู่ตัวกลาง Gain ไอออนที่หายากจะดูดซับพลังงานนี้และตื่นเต้นกับสถานะพลังงานที่สูงขึ้น

การผกผันของประชากร

บรรลุการผกผันของประชากร:กุญแจสำคัญในการกระทำด้วยเลเซอร์คือการบรรลุการผกผันของประชากรในตัวกลางที่ได้รับ ซึ่งหมายความว่าไอออนจำนวนมากอยู่ในสถานะที่ตื่นเต้นมากกว่าในสภาพพื้นดิน

การปล่อยสารกระตุ้น:เมื่อการผกผันของประชากรประสบความสำเร็จการแนะนำโฟตอนที่สอดคล้องกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะที่ตื่นเต้นและพื้นดินสามารถกระตุ้นไอออนที่ตื่นเต้นเพื่อกลับสู่สถานะพื้นดินเปล่งโฟตอนในกระบวนการ

Resonator ออปติคัล

กระจก: ตัวกลางที่ได้รับจะถูกวางไว้ในตัวสะท้อนแสงโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นโดยกระจกสองตัวที่ปลายแต่ละด้านของสื่อ

ข้อเสนอแนะและการขยาย: หนึ่งในกระจกสะท้อนแสงสูงและอีกอันหนึ่งสะท้อนให้เห็นบางส่วน โฟตอนเด้งไปมาระหว่างกระจกเหล่านี้กระตุ้นการปล่อยมลพิษมากขึ้นและขยายแสง

การปล่อยเลเซอร์

แสงที่สอดคล้องกัน: โฟตอนที่ปล่อยออกมานั้นสอดคล้องกันซึ่งหมายความว่าพวกเขาอยู่ในเฟสและมีความยาวคลื่นเท่ากัน

เอาท์พุท: กระจกสะท้อนแสงบางส่วนช่วยให้แสงนี้บางส่วนผ่านไปสร้างลำแสงเลเซอร์ที่ออกจากเลเซอร์ DPSS

การสูบน้ำเรขาคณิต: ด้านข้างกับการสูบฉีดสิ้นสุด

วิธีการสูบน้ำ	คำอธิบาย	แอปพลิเคชัน	ข้อดี	ความท้าทาย
การสูบฉีดด้านข้าง	ไฟปั๊มแนะนำตั้งฉากกับตัวกลางเลเซอร์	ก้านหรือเลเซอร์ไฟเบอร์	การกระจายแสงของปั๊มอย่างสม่ำเสมอเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง	การกระจายที่ไม่สม่ำเสมอคุณภาพของลำแสงที่ต่ำกว่า
สิ้นสุดการสูบน้ำ	ไฟปั๊มที่พุ่งไปตามแกนเดียวกันกับลำแสงเลเซอร์	เลเซอร์โซลิดสเตตเช่น ND: YAG	การกระจายอัตราขยายที่สม่ำเสมอคุณภาพของลำแสงที่สูงขึ้น	การจัดตำแหน่งที่ซับซ้อนการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพน้อยลงในเลเซอร์กำลังสูง

ข้อกำหนดสำหรับไฟปั๊มที่มีประสิทธิภาพ

ความต้องการ	ความสำคัญ	ผลกระทบ/สมดุล	หมายเหตุเพิ่มเติม
ความเหมาะสมของสเปกตรัม	ความยาวคลื่นจะต้องตรงกับสเปกตรัมการดูดซับของตัวกลางเลเซอร์	ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการดูดซึมที่มีประสิทธิภาพและการผกผันของประชากรที่มีประสิทธิภาพ	-
ความรุนแรง	ต้องสูงพอสำหรับระดับการกระตุ้นที่ต้องการ	ความเข้มสูงเกินไปอาจทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อน ต่ำเกินไปจะไม่ประสบความสำเร็จในการผกผันของประชากร	-
คุณภาพของลำแสง	โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งสำคัญในเลเซอร์ที่ถูกกระแทก	สร้างความมั่นใจในการมีเพศสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพและมีส่วนช่วยในคุณภาพของลำแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมา	คุณภาพของลำแสงสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทับซ้อนที่แม่นยำของแสงปั๊มและระดับโหมดเลเซอร์
การทำให้เป็นโพลาไรซ์	จำเป็นสำหรับสื่อที่มีคุณสมบัติ anisotropic	เพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับและอาจส่งผลกระทบต่อโพลาไรซ์แสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมา	อาจจำเป็นต้องมีสถานะโพลาไรเซชันเฉพาะ
เสียงรบกวน	ระดับเสียงรบกวนต่ำเป็นสิ่งสำคัญ	ความผันผวนของความเข้มแสงปั๊มอาจส่งผลต่อคุณภาพและความเสถียรของเลเซอร์เลเซอร์	สิ่งสำคัญสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความมั่นคงและความแม่นยำสูง