Aig a bhunait, is e pumpadh laser am pròiseas airson meadhan a bhrosnachadh gus staid a choileanadh far an urrainn dha solas laser a chuir a-mach. Mar as trice bidh seo air a dhèanamh le bhith a’ stealladh solas no sruth dealain a-steach don mheadhan, a’ brosnachadh na dadaman aige agus a’ leantainn gu sgaoileadh solas ciallach. Tha am pròiseas stèidheachaidh seo air a thighinn air adhart gu mòr bho thàinig a’ chiad lasers ann am meadhan an 20mh linn.
Ged a tha e tric air a mhodaladh le co-aontaran reata, tha pumpadh laser gu bunaiteach na phròiseas meacanaigeach cuantamach. Tha e a’ toirt a-steach eadar-obrachadh toinnte eadar photons agus structar atamach no moileciuil a’ mheadhan buannachd. Bidh modalan adhartach a’ beachdachadh air uinneanan mar oscillations Rabi, a bheir tuigse nas fheàrr air na h-eadar-obrachaidhean sin.
Is e pròiseas a th’ ann am pumpadh laser far a bheil lùth, mar as trice ann an cruth solais no sruth dealain, air a thoirt do mheadhan buannachd laser gus na dadaman no na moileciuilean aige àrdachadh gu stàitean lùtha nas àirde. Tha an gluasad lùtha seo deatamach airson tionndadh sluaigh a choileanadh, staid far a bheil barrachd ghràinean air bhioran na ann an staid lùtha nas ìsle, a’ toirt cothrom don mheadhan solas a mheudachadh tro sgaoilidhean brosnachail. Tha am pròiseas a’ toirt a-steach eadar-obrachaidhean cuantamach toinnte, gu tric air am modaladh tro cho-aontaran reata no frèaman meacanaigeach cuantamach nas adhartaiche. Tha prìomh thaobhan a’ toirt a-steach taghadh stòr pumpa (leithid diodes laser no lampaichean sgaoilidh), geoimeatraidh pumpa (pumpadh taobh no deireadh), agus optimachadh feartan solais pumpa (speactram, dian, càileachd beam, polarachadh) gus a bhith a rèir riatanasan sònraichte an faigh meadhan. Tha pumpadh laser bunaiteach ann an diofar sheòrsaichean laser, a 'gabhail a-steach leusair cruaidh-stàite, semiconductor, agus gas, agus tha e riatanach airson obrachadh èifeachdach agus èifeachdach an leusair.
Seòrsaichean de lasers air am pumpadh gu optigeach
1. Lasers Solid-State le Insuladairean Doped
· Sealladh farsaing:Bidh na lasers sin a’ cleachdadh meadhan aoigheachd le insaladh dealain agus bidh iad an urra ri pumpadh optigeach gus ionsan laser-ghnìomhach a spionnadh. Is e eisimpleir cumanta neodymium ann an lasers YAG.
·Rannsachadh o chionn ghoirid:Tha sgrùdadh le A. Antipov et al. a’ beachdachadh air leusair faisg air IR stàite cruaidh airson pumpadh optigeach iomlaid-snìomh. Tha an rannsachadh seo a’ soilleireachadh na h-adhartasan ann an teicneòlas leusair stàite cruaidh, gu sònraichte anns an speactram faisg air fo-dhearg, a tha deatamach airson tagraidhean leithid ìomhaighean meidigeach agus cian-chonaltradh.
Leughadh a bharrachd:Laser Solid-State Near-IR airson Pumpadh Optical Spin-Exchange
2. Semiconductor Lasers
·Fiosrachadh Coitcheann: Mar as trice air a phumpadh le dealan, faodaidh lasers semiconductor buannachd fhaighinn bho phumpadh optigeach, gu h-àraidh ann an tagraidhean a dh’ fheumas soilleireachd àrd, leithid lasers inghearach taobh a-muigh uamhas-sgaoilidh uachdar (VECSELs).
·Leasachaidhean o chionn ghoirid: Tha obair U. Keller air cìrean tricead optigeach bho leusairean ultrafast solid-state agus semiconductor a’ toirt sealladh dhuinn air gineadh cìrean tricead seasmhach bho leusairean stàite cruaidh agus semiconductor le pumpa diode. Tha an adhartas seo cudromach airson tagraidhean ann am meata-eòlas tricead optigeach.
Leughadh a bharrachd:Cìrean tricead optigeach bho leusairean ultrafast solid-state agus semiconductor
3. Lasers gas
·Pumpadh optigeach ann an lasers gas: Bidh cuid de sheòrsan leusair gas, leithid lasers bhalbhaichean alcali, a’ cleachdadh pumpadh optigeach. Bidh na lasers sin gu tric air an cleachdadh ann an tagraidhean a dh’ fheumas stòran solais ciallach le feartan sònraichte.
Stòran airson Optical Pumpaidh
Lampaichean sgaoilidh: Mar as trice ann an leusairean pumpa-lampa, thathas a’ cleachdadh lampaichean sgaoilidh airson an cumhachd àrd agus an speactram farsaing. YA Mandryko et al. leasaich e modal cumhachd de ghineadh sgaoilidh arc impulse ann am meadhanan gnìomhach a’ pumpadh lampaichean xenon de leusairean stàite cruaidh. Bidh am modail seo a’ cuideachadh le bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de choileanadh lampaichean pumpaidh impulse, a tha deatamach airson obrachadh laser èifeachdach.
Diodes laser:Air a chleachdadh ann an lasers pumpa diode, tha diodes laser a’ tabhann buannachdan leithid àrd-èifeachdas, meud teann, agus an comas a bhith air an gleusadh gu grinn.
Leughadh a bharrachd:Dè a th 'ann an diode laser?
Lampaichean Flash: Tha lampaichean flash nan stòran solais dian le speactram farsaing a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson lasers stàite cruaidh a phumpadh, leithid lasers ruby no Nd:YAG. Bidh iad a’ toirt seachad spreadhadh solais àrd dian a bhrosnaicheas am meadhan laser.
Arc lampaichean: Coltach ri lampaichean flash ach air an dealbhadh airson obrachadh leantainneach, tha lampaichean arc a ’tabhann stòr seasmhach de sholas dian. Bidh iad air an cleachdadh ann an tagraidhean far a bheil feum air obrachadh laser tonn leantainneach (CW).
LEDs (Diodes a tha a’ sgaoileadh solais): Ged nach eil e cho cumanta ri diodes laser, faodar LEDan a chleachdadh airson pumpadh optigeach ann an cuid de thagraidhean cumhachd ìosal. Tha iad buannachdail air sgàth am beatha fhada, cosgais ìseal, agus ruigsinneachd ann an diofar thonnan.
Solas na grèine: Ann an cuid de shuidheachaidhean deuchainneach, chaidh solas na grèine dùmhail a chleachdadh mar stòr pumpa airson lasers pumpa grèine. Bidh an dòigh seo a’ cleachdadh lùth na grèine, ga fhàgail na stòr ath-nuadhachail agus cosg-èifeachdach, ged nach eil e cho smachdail agus cho dian an taca ri stòran solais fuadain.
Diodes laser co-cheangailte ri fiber: Is iad sin diodes laser ceangailte ri snàithleach optigeach, a lìbhrigeas an solas pumpaidh nas èifeachdaiche don mheadhan laser. Tha an dòigh seo gu sònraichte feumail ann an leusairean snàithleach agus ann an suidheachaidhean far a bheil lìbhrigeadh mionaideach de sholas pumpa deatamach.
Lasers eile: Uaireannan, thèid aon leusair a chleachdadh gus fear eile a phumpadh. Mar eisimpleir, dh’ fhaodadh leusair dùbailte tricead Nd: YAG a bhith air a chleachdadh gus leusair dath a phumpadh. Bidh an dòigh seo air a chleachdadh gu tric nuair a tha feum air tonnan sònraichte airson a’ phròiseas pumpaidh nach eil furasta a choileanadh le stòran solais àbhaisteach.
Leusair stàite cruaidh air a phumpadh le diode
Stòr lùth tùsail: Tha am pròiseas a 'tòiseachadh le leusair diode, a tha a' frithealadh mar an tùs pumpa. Tha lasers diode air an taghadh airson an èifeachdais, am meud teann, agus an comas solas a chuir a-mach aig tonnan sònraichte.
Solas pumpa:Bidh an leusair diode a ’sgaoileadh solas a tha air a ghabhail a-steach leis a’ mheadhan buannachd stàite cruaidh. Tha tonn-tonn an leusair diode air a dhealbhadh gus a bhith a rèir feartan in-ghabhail a’ mheadhan buannachd.
Soladach-StàiteFaigh Meadhanach
Stuth:Mar as trice tha am meadhan buannachd ann an lasers DPSS mar stuth stàite cruaidh mar Nd: YAG (Yttrium Aluminium Garnet le doped Neodymium), Nd: YVO4 (Yttrium Orthovanadate le doped Neodymium), no Yb: YAG (Yttrium Aluminium Garnet le dopadh Ytterbium).
Doping:Tha na stuthan sin air an còmhdachadh le ianan talmhainn tearc (mar Nd no Yb), a tha nan ianan laser gnìomhach.
Gabhail a-steach lùth agus spionnadh:Nuair a thig an solas pumpaidh bhon leusair diode a-steach don mheadhan buannachd, bidh na h-ianan tearc-talmhainn a’ gabhail a-steach an lùth seo agus a’ fàs air bhioran gu stàitean lùtha nas àirde.
Tionndadh Sluaigh
A’ coileanadh tionndadh sluaigh:Is e an iuchair airson gnìomh laser a bhith a’ coileanadh tionndadh sluaigh anns a’ mheadhan buannachd. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil barrachd ianan ann an staid togarrach na tha ann an staid na talmhainn.
Sgaoileadh air a bhrosnachadh:Aon uair ‘s gu bheil tionndadh sluaigh air a choileanadh, faodaidh toirt a-steach photon a fhreagras ris an eadar-dhealachadh lùtha eadar na stàitean togarrach agus talmhainn na h-ianan togarrach a bhrosnachadh gus tilleadh gu staid na talmhainn, a’ leigeil a-mach photon sa phròiseas.
Resonator optigeach
Sgàthan: Tha am meadhan buannachd air a chuir am broinn resonator optigeach, mar as trice air a chruthachadh le dà sgàthan aig gach ceann den mheadhan.
Beachdan agus Meudachadh: Tha aon de na sgàthan gu math meòrachail, agus am fear eile gu ìre meòrachail. Bidh photons a’ breabadh air ais is air adhart eadar na sgàthanan sin, a’ brosnachadh barrachd sgaoilidhean agus ag àrdachadh an t-solais.
Sgaoileadh laser
Solas Co-fhreagarrach: Tha na photons a thèid a leigeil a-mach ciallach, a’ ciallachadh gu bheil iad ann an ìre agus gu bheil an aon tonn-tonn aca.
Toradh: Tha an sgàthan a tha gu ìre meòrachail a’ leigeil le cuid den t-solas seo a dhol troimhe, a’ cruthachadh an beam laser a thig a-mach às an leusair DPSS.
Geoimeatraidh Pumpaidh: Pumpadh Taobh vs Deireadh
Dòigh pumpaidh | Tuairisgeul | Iarrtasan | Buannachdan | Dùbhlain |
---|---|---|---|---|
Pumpadh taobh | Solas pumpa air a thoirt a-steach ceart-cheàrnach ris a’ mheadhan laser | Slat no fiber lasers | Sgaoileadh èideadh de sholas pumpa, freagarrach airson tagraidhean àrd-chumhachd | Sgaoileadh buannachd neo-èideadh, càileachd beam nas ìsle |
Crìochnaich pumpadh | Solas pumpa air a stiùireadh air an aon axis ris an beam laser | Lasers solid-state mar Nd:YAG | Sgaoileadh buannachd èideadh, càileachd beam nas àirde | Co-thaobhadh iom-fhillte, sgaoileadh teas nach eil cho èifeachdach ann an lasers àrd-chumhachd |
Riatanasan airson Solas Pump Èifeachdach
Riatanas | Cudromach | Buaidh/Co-chothromachadh | Notaichean a bharrachd |
---|---|---|---|
Freagarrachd Spectrum | Feumaidh tonn-tonn a bhith co-ionnan ri speactram in-ghabhail a’ mheadhan laser | A’ dèanamh cinnteach à gabhail a-steach èifeachdach agus tionndadh sluaigh èifeachdach | - |
dianachd | Feumaidh a bhith àrd gu leòr airson an ìre excitation a tha thu ag iarraidh | Faodaidh dian ro àrd milleadh teirmeach adhbhrachadh; ro ìosal cha choilean e tionndadh sluaigh | - |
Càileachd Beam | Gu sònraichte deatamach ann an lasers pumpa deiridh | A’ dèanamh cinnteach à ceangal èifeachdach agus a’ cur ri càileachd beam laser a tha air a leigeil ma sgaoil | Tha càileachd beam àrd deatamach airson tar-tharraing mionaideach de sholas pumpa agus meud modh laser |
Polarachadh | Feum air meadhanan le feartan anisotropic | Ag àrdachadh èifeachdas in-ghabhail agus faodaidh e buaidh a thoirt air polarachadh solais laser a chaidh a leigeil ma sgaoil | Dh’ fhaodadh gum bi feum air staid polarachaidh sònraichte |
Fuaim dian | Tha ìrean fuaim ìosal deatamach | Faodaidh caochlaidhean ann an dian solais pumpaidh buaidh a thoirt air càileachd toraidh laser agus seasmhachd | Cudromach airson iarrtasan a dh'fheumas àrd seasmhachd agus mionaideachd |
Ùine puist: Dùbhlachd-01-2023