Ի՞նչ է լազերի օպտիկական պոմպացումը։

Բաժանորդագրվեք մեր սոցիալական ցանցերին՝ արագ հրապարակումներ կատարելու համար

Ըստ էության, լազերային պոմպը միջավայրին էներգիայով լիցքավորելու գործընթաց է՝ այնպիսի վիճակի հասնելու համար, որտեղ այն կարող է լազերային լույս արձակել: Սա սովորաբար արվում է միջավայրի մեջ լույս կամ էլեկտրական հոսանք ներարկելով, որի արդյունքում դրա ատոմները գրգռվում են և առաջանում է կոհերենտ լույս: Այս հիմնարար գործընթացը զգալիորեն զարգացել է 20-րդ դարի կեսերին առաջին լազերների ի հայտ գալուց ի վեր:

Թեև հաճախ մոդելավորվում է արագության հավասարումներով, լազերային պոմպը հիմնականում քվանտային մեխանիկական գործընթաց է: Այն ներառում է ֆոտոնների և ուժեղացման միջավայրի ատոմային կամ մոլեկուլային կառուցվածքի միջև բարդ փոխազդեցություններ: Ավելի առաջադեմ մոդելները հաշվի են առնում Ռաբիի տատանումների նման երևույթները, որոնք ապահովում են այդ փոխազդեցությունների ավելի նրբերանգային ըմբռնում:

Լազերային պոմպը գործընթաց է, որի ընթացքում էներգիան, սովորաբար լույսի կամ էլեկտրական հոսանքի տեսքով, մատակարարվում է լազերի ուժեղացման միջավայրին՝ դրա ատոմները կամ մոլեկուլները բարձրացնելու ավելի բարձր էներգետիկ վիճակների: Այս էներգիայի փոխանցումը կարևոր է պոպուլյացիայի ինվերսիայի հասնելու համար, որը վիճակ է, երբ ավելի շատ մասնիկներ են գրգռվում, քան ցածր էներգետիկ վիճակում գտնվողները, ինչը թույլ է տալիս միջավայրին ուժեղացնել լույսը խթանված ճառագայթման միջոցով: Գործընթացը ներառում է բարդ քվանտային փոխազդեցություններ, որոնք հաճախ մոդելավորվում են արագության հավասարումների կամ ավելի առաջադեմ քվանտային մեխանիկական շրջանակների միջոցով: Հիմնական ասպեկտները ներառում են պոմպի աղբյուրի ընտրությունը (օրինակ՝ լազերային դիոդներ կամ պարպման լամպեր), պոմպի երկրաչափությունը (կողային կամ ծայրային պոմպ) և պոմպի լույսի բնութագրերի (սպեկտր, ինտենսիվություն, ճառագայթի որակ, բևեռացում) օպտիմալացումը՝ ուժեղացման միջավայրի կոնկրետ պահանջներին համապատասխանելու համար: Լազերային պոմպը հիմնարար նշանակություն ունի տարբեր տեսակի լազերներում, ներառյալ պինդ վիճակում գտնվող, կիսահաղորդչային և գազային լազերները, և կարևոր է լազերի արդյունավետ և արդյունավետ աշխատանքի համար:

Օպտիկական պոմպային լազերների տարատեսակներ

 

1. Լեգիրված մեկուսիչներով պինդ վիճակի լազերներ

· Ընդհանուր տեսք՝Այս լազերները օգտագործում են էլեկտրականորեն մեկուսացնող հիմնական միջավայր և ապավինում են օպտիկական պոմպին՝ լազերային ակտիվ իոնները էներգիա հաղորդելու համար: Տարածված օրինակ է նեոդիմը YAG լազերներում:

·Վերջին հետազոտությունները՝Ա. Անտիպովի և այլոց կողմից անցկացված ուսումնասիրությունը քննարկում է պինդ վիճակի մոտ-ինֆրակարմիր լազերը սպին-փոխանակման օպտիկական պոմպի համար: Այս հետազոտությունը ընդգծում է պինդ վիճակի լազերային տեխնոլոգիայի առաջընթացը, մասնավորապես մոտ-ինֆրակարմիր սպեկտրում, որը կարևոր է բժշկական պատկերագրության և հեռահաղորդակցության նման կիրառությունների համար:

Լրացուցիչ ընթերցանություն՝Սպինային փոխանակման օպտիկական պոմպի համար նախատեսված պինդ վիճակի մոտ-ինֆրակարմիր լազեր

2. Կիսահաղորդչային լազերներ

·Ընդհանուր տեղեկություններ. Սովորաբար էլեկտրական պոմպով աշխատող կիսահաղորդչային լազերները կարող են նաև օգուտ քաղել օպտիկական պոմպից, հատկապես բարձր պայծառություն պահանջող կիրառություններում, ինչպիսիք են ուղղահայաց արտաքին խոռոչի մակերևութային ճառագայթող լազերները (VECSEL):

·Վերջին զարգացումները. Ու. Քելլերի աշխատանքը գերարագ պինդ վիճակում և կիսահաղորդչային լազերներից ստացված օպտիկական հաճախականության սանրերի վերաբերյալ հնարավորություն է տալիս պատկերացում կազմել դիոդային պոմպով պինդ վիճակում և կիսահաղորդչային լազերներից կայուն հաճախականության սանրերի ստեղծման վերաբերյալ: Այս առաջընթացը նշանակալի է օպտիկական հաճախականության չափագիտության կիրառությունների համար:

Լրացուցիչ ընթերցանություն՝Օպտիկական հաճախականության սանրեր գերարագ պինդ վիճակի և կիսահաղորդչային լազերներից

3. Գազային լազերներ

·Գազային լազերներում օպտիկական պոմպավորում. Գազային լազերների որոշակի տեսակներ, ինչպիսիք են ալկալային գոլորշու լազերները, օգտագործում են օպտիկական պոմպավորում: Այս լազերները հաճախ օգտագործվում են այնպիսի կիրառություններում, որոնք պահանջում են որոշակի հատկություններով կոհերենտ լույսի աղբյուրներ:

 

 

Օպտիկական պոմպերի աղբյուրներ

Պարպումային լամպերԼամպ-պոմպային լազերներում տարածված պարպման լամպերն օգտագործվում են իրենց բարձր հզորության և լայն սպեկտրի համար: Յ.Ա. Մանդրիկոն և այլք մշակել են պինդ վիճակում գտնվող լազերների ակտիվ միջավայրում օպտիկական պոմպային քսենոնային լամպերում իմպուլսային աղեղային պարպման առաջացման հզորության մոդել: Այս մոդելը օգնում է օպտիմալացնել իմպուլսային պոմպային լամպերի աշխատանքը, որը կարևոր է լազերի արդյունավետ աշխատանքի համար:

Լազերային դիոդներ:Դիոդային պոմպերով լազերներում օգտագործվող լազերային դիոդներն առաջարկում են այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են բարձր արդյունավետությունը, կոմպակտ չափսը և նուրբ կարգավորման հնարավորությունը։

Լրացուցիչ ընթերցանություն՝Ի՞նչ է լազերային դիոդը։

Լուսարձակող լամպերՖլեշ լամպերը ինտենսիվ, լայն սպեկտրի լույսի աղբյուրներ են, որոնք սովորաբար օգտագործվում են պինդ վիճակի լազերների, ինչպիսիք են ռուբինային կամ Nd:YAG լազերները, մղման համար: Դրանք ապահովում են բարձր ինտենսիվության լույսի պոռթկում, որը գրգռում է լազերային միջավայրը:

Աղեղային լամպերՆման լուսարձակող լամպերին, բայց նախատեսված շարունակական աշխատանքի համար, աղեղային լամպերը ապահովում են ինտենսիվ լույսի կայուն աղբյուր: Դրանք օգտագործվում են այն դեպքերում, երբ պահանջվում է անընդհատ ալիքային (CW) լազերային աշխատանք:

Լույս արձակող դիոդներ (LED)Չնայած լազերային դիոդների նման տարածված չլինելուն, լուսադիոդները կարող են օգտագործվել օպտիկական պոմպերի համար որոշակի ցածր էներգիայի կիրառություններում: Դրանք առավելություն ունեն իրենց երկար ծառայության, ցածր գնի և տարբեր ալիքի երկարություններում մատչելիության շնորհիվ:

Արևի լույսՈրոշ փորձարարական կարգավորումներում կենտրոնացված արևի լույսն օգտագործվել է որպես արևային պոմպով աշխատող լազերների պոմպային աղբյուր: Այս մեթոդը օգտագործում է արևային էներգիան՝ այն դարձնելով վերականգնվող և ծախսարդյունավետ աղբյուր, չնայած այն ավելի քիչ կառավարելի է և պակաս ինտենսիվ՝ համեմատած արհեստական ​​լույսի աղբյուրների հետ:

Մանրաթելային լազերային դիոդներՍրանք լազերային դիոդներ են, որոնք միացված են օպտիկական մանրաթելերին, որոնք պոմպային լույսն ավելի արդյունավետորեն մատակարարում են լազերային միջավայրին: Այս մեթոդը հատկապես օգտակար է մանրաթելային լազերներում և այն իրավիճակներում, երբ պոմպային լույսի ճշգրիտ մատակարարումը կարևոր է:

Այլ լազերներԵրբեմն մեկ լազերն օգտագործվում է մյուսը մղելու համար: Օրինակ, կրկնակի հաճախականությամբ Nd:YAG լազերը կարող է օգտագործվել ներկանյութային լազեր մղելու համար: Այս մեթոդը հաճախ օգտագործվում է, երբ մղման գործընթացի համար անհրաժեշտ են որոշակի ալիքի երկարություններ, ինչը հեշտությամբ չի իրականացվում ավանդական լույսի աղբյուրներով: 

 

Դիոդային պոմպով պինդ վիճակի լազեր

Սկզբնական էներգիայի աղբյուրԳործընթացը սկսվում է դիոդային լազերով, որը ծառայում է որպես պոմպի աղբյուր: Դիոդային լազերներն ընտրվում են իրենց արդյունավետության, կոմպակտ չափսերի և որոշակի ալիքի երկարություններում լույս արձակելու ունակության համար:

Պոմպի լույսը՝Դիոդային լազերը արձակում է լույս, որը կլանվում է պինդ վիճակում գտնվող ուժեղացնող միջավայրի կողմից: Դիոդային լազերի ալիքի երկարությունը հարմարեցված է ուժեղացնող միջավայրի կլանման բնութագրերին:

Պինդ վիճակումՄիջին ուժգնացում

Նյութը՝DPSS լազերների ուժեղացման միջավայրը սովորաբար պինդ վիճակում գտնվող նյութ է, ինչպիսիք են Nd:YAG-ը (նեոդիմիումով լեգիրված իտրիումի ալյումինե նռնակ), Nd:YVO4-ը (նեոդիմիումով լեգիրված իտրիումի օրթովանադատ) կամ Yb:YAG-ը (իտերբիումով լեգիրված իտրիումի ալյումինե նռնակ):

Դոպինգ.Այս նյութերը լեգիրված են հազվագյուտ հողային իոններով (օրինակ՝ Nd կամ Yb), որոնք ակտիվ լազերային իոններ են։

 

Էներգիայի կլանումը և գրգռումը.Երբ դիոդային լազերի պոմպային լույսը մտնում է ուժեղացման միջավայր, հազվագյուտ հողային իոնները կլանում են այս էներգիան և գրգռվում են մինչև ավելի բարձր էներգետիկ վիճակներ։

Բնակչության ինվերսիա

Բնակչության ինվերսիայի հասնելը.Լազերային գործողության բանալին ուժեղացման միջավայրում պոպուլյացիայի ինվերսիայի հասնելն է։ Սա նշանակում է, որ ավելի շատ իոններ են գտնվում գրգռված վիճակում, քան հիմնական վիճակում։

Խթանված արտանետում.Երբ պոպուլյացիայի ինվերսիան իրականացվում է, գրգռված և հիմնական վիճակների միջև էներգիայի տարբերությանը համապատասխանող ֆոտոնի ներմուծումը կարող է խթանել գրգռված իոնների վերադարձը հիմնական վիճակին, այդ ընթացքում արձակելով ֆոտոն։

 

Օպտիկական ռեզոնատոր

Հայելիներ. ուժեղացնող միջավայրը տեղադրվում է օպտիկական ռեզոնատորի ներսում, որը սովորաբար ձևավորվում է միջավայրի յուրաքանչյուր ծայրում գտնվող երկու հայելիներով։

Հետադարձ կապ և ուժեղացում. Հայելիներից մեկը բարձր անդրադարձնող է, իսկ մյուսը՝ մասամբ։ Ֆոտոնները ետ ու առաջ են ցատկում այս հայելիների միջև՝ խթանելով ավելի շատ ճառագայթումներ և ուժեղացնելով լույսը։

 

Լազերային ճառագայթում

Կոհերենտ լույս. Առագայթվող ֆոտոնները կոհերենտ են, այսինքն՝ գտնվում են փուլային վիճակում և ունեն նույն ալիքի երկարությունը։

Արդյունք. Մասամբ անդրադարձնող հայելին թույլ է տալիս այս լույսի մի մասն անցնել՝ ձևավորելով լազերային ճառագայթ, որը դուրս է գալիս DPSS լազերից։

 

Պոմպային երկրաչափություններ. կողային ընդդեմ ծայրային պոմպային

 

Պոմպային մեթոդ Նկարագրություն Դիմումներ Առավելություններ Մարտահրավերներ
Կողմնակի պոմպ Լազերային միջավայրին ուղղահայաց ներմուծված պոմպային լույս Ձողային կամ մանրաթելային լազերներ Պոմպի լույսի միատարր բաշխում, հարմար է բարձր հզորության կիրառությունների համար Անհավասարաչափ ուժեղացման բաշխում, ճառագայթի ցածր որակ
Ավարտել պոմպը Պոմպի լույսը ուղղված է լազերային ճառագայթի նույն առանցքի երկայնքով Nd:YAG-ի նման պինդ վիճակի լազերներ Միատարր ուժեղացման բաշխում, ճառագայթի ավելի բարձր որակ Բարդ դասավորություն, բարձր հզորության լազերներում ջերմության պակաս արդյունավետ ցրում

Արդյունավետ պոմպի լույսի պահանջները

 

Պահանջ Կարևորություն Ազդեցություն/Հավասարակշռություն Լրացուցիչ նշումներ
Սպեկտրի համապատասխանությունը Ալիքի երկարությունը պետք է համապատասխանի լազերային միջավայրի կլանման սպեկտրին Ապահովում է արդյունավետ կլանում և արդյունավետ պոպուլյացիայի ինվերսիա -
Ինտենսիվություն Պետք է բավականաչափ բարձր լինի ցանկալի գրգռման մակարդակի համար Չափազանց բարձր ինտենսիվությունը կարող է ջերմային վնաս պատճառել, չափազանց ցածր ինտենսիվությունը չի հասնի պոպուլյացիայի ինվերսիայի։ -
Ճառագայթի որակը Հատկապես կարևոր է վերջնապոմպային լազերների դեպքում Ապահովում է արդյունավետ կապ և նպաստում է լազերային ճառագայթի որակի բարելավմանը Բարձր ճառագայթի որակը կարևոր է պոմպի լույսի և լազերային ռեժիմի ձայնի ճշգրիտ համընկնման համար
Բևեռացում Անհրաժեշտ է անիզոտրոպ հատկություններ ունեցող միջավայրերի համար Բարձրացնում է կլանման արդյունավետությունը և կարող է ազդել լազերային լույսի բևեռացման վրա Կարող է անհրաժեշտ լինել որոշակի բևեռացման վիճակ
Ինտենսիվության աղմուկ Ցածր աղմուկի մակարդակը կարևոր է Պոմպի լույսի ինտենսիվության տատանումները կարող են ազդել լազերային ելքի որակի և կայունության վրա։ Կարևոր է բարձր կայունություն և ճշգրտություն պահանջող կիրառությունների համար
Առնչվող լազերային կիրառություն
Առնչվող ապրանքներ

Հրապարակման ժամանակը. Դեկտեմբերի 01-2023