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In a so essenza, u pompaggio laser hè u prucessu di energizà un mezu per ghjunghje à un statu induve pò emette luce laser. Questu hè tipicamente fattu iniettendu luce o corrente elettrica in u mezu, eccitendu i so atomi è purtendu à l'emissione di luce coerente. Stu prucessu fundamentale hà evolutu significativamente dapoi l'avventu di i primi laser à a mità di u XXu seculu.
Benchì sia spessu modellatu da equazioni di velocità, u pompaggio laser hè fundamentalmente un prucessu meccanicu quanticu. Implica interazioni intricate trà fotoni è a struttura atomica o moleculare di u mezu di guadagnu. I mudelli avanzati consideranu fenomeni cum'è l'oscillazioni di Rabi, chì furniscenu una comprensione più sfumata di queste interazioni.
U pompaggio laser hè un prucessu induve l'energia, tipicamente in forma di luce o corrente elettrica, hè furnita à u mezu di guadagnu di un laser per elevà i so atomi o molecule à stati di energia più alti. Stu trasferimentu d'energia hè cruciale per ottene l'inversione di pupulazione, un statu induve più particelle sò eccitate chè in un statu di energia più bassa, chì permette à u mezu d'amplificà a luce via emissione stimulata. U prucessu implica interazioni quantiche intricate, spessu modellate per mezu di equazioni di velocità o quadri meccanichi quantichi più avanzati. L'aspetti chjave includenu a scelta di a fonte di pompa (cum'è diodi laser o lampade à scarica), a geometria di a pompa (pompaggio laterale o finale) è l'ottimisazione di e caratteristiche di a luce di a pompa (spettru, intensità, qualità di u fasciu, polarizazione) per currisponde à i requisiti specifici di u mezu di guadagnu. U pompaggio laser hè fundamentale in vari tipi di laser, cumpresi i laser à statu solidu, à semiconduttore è à gas, è hè essenziale per u funziunamentu efficiente è efficace di u laser.
Varietà di laser pompati otticamente
1. Laser à statu solidu cù isolanti drogati
· Panoramica:Questi laser utilizanu un mezu ospitante elettricamente isolante è si basanu nantu à u pompaggio otticu per energizà l'ioni attivi in u laser. Un esempiu cumunu hè u neodimio in i laser YAG.
·Ricerca Recente:Un studiu di A. Antipov et al. discute un laser à statu solidu vicinu à l'infrarossu per u pompaggio otticu à scambiu di spin. Sta ricerca mette in risaltu i progressi in a tecnulugia laser à statu solidu, in particulare in u spettru vicinu à l'infrarossu, chì hè cruciale per applicazioni cum'è l'imaghjini medica è e telecomunicazioni.
Ulteriori letture:Un Laser à Statu Solidu Vicinu à l'Infrarossu per u Pompaggio Otticu à Scambiu di Spin
2. Laser à semiconduttori
·Informazioni generali: Tipicamente pompati elettricamente, i laser à semiconduttori ponu ancu prufittà di u pompaggio otticu, in particulare in applicazioni chì richiedenu alta luminosità, cum'è i laser à emissione superficiale à cavità esterna verticale (VECSEL).
·Sviluppi Recenti: U travagliu di U. Keller nantu à i pettini di frequenza ottici da laser à statu solidu è semiconduttori ultraveloci furnisce infurmazioni nantu à a generazione di pettini di frequenza stabili da laser à statu solidu è semiconduttori pompati da diodi. Questu avanzamentu hè significativu per l'applicazioni in metrologia di frequenza ottica.
Ulteriori letture:Pettini di frequenza ottica da laser ultraveloci à statu solidu è semiconduttore
3. Laser à gasu
·Pompaggio Otticu in Laser à Gasu: Certi tipi di laser à gasu, cum'è i laser à vapore alcalinu, utilizanu u pompaggio otticu. Quessi laser sò spessu usati in applicazioni chì richiedenu fonti di luce coerenti cù proprietà specifiche.
Fonti per u pompaggio otticu
Lampade à scaricaCumuni in i laser pompati da lampade, e lampade à scarica sò aduprate per a so alta putenza è u so largu spettru. YA Mandryko et al. anu sviluppatu un mudellu di putenza di generazione di scarica à arcu impulsivu in lampade à xenon à pompaggio otticu à supporti attivi di laser à statu solidu. Stu mudellu aiuta à ottimizà e prestazioni di e lampade à pompaggio impulsivu, cruciali per un funziunamentu efficiente di u laser.
Diodi laser:Aduprati in laser pompati à diodi, i diodi laser offrenu vantaghji cum'è alta efficienza, dimensioni compatte è a capacità di esse finamente sintonizzati.
Ulteriori letture:Chì ghjè un diodu laser?
Lampade FlashE lampade flash sò fonti di luce intense à spettru largu chì sò cumunemente aduprate per pompà laser à statu solidu, cum'è i laser rubinu o Nd: YAG. Furniscenu una raffica di luce d'alta intensità chì eccita u mezu laser.
Lampade à arcuSimile à e lampade flash ma cuncepite per un funziunamentu cuntinuu, e lampade à arcu offrenu una fonte stabile di luce intensa. Sò aduprate in applicazioni induve hè necessariu u funziunamentu laser à onda cuntinua (CW).
LED (Diodi Emettitori di Luce)Ancu s'elli ùn sò micca cusì cumuni cum'è i diodi laser, i LED ponu esse aduprati per u pompaggio otticu in certe applicazioni di bassa putenza. Sò vantaghjosi per via di a so longa durata, u so bassu costu è a so dispunibilità in diverse lunghezze d'onda.
Luce di u soleIn certi cunfigurazioni sperimentali, a luce solare cuncintrata hè stata aduprata cum'è fonte di pompa per i laser pompati da u sole. Stu metudu sfrutta l'energia solare, rendendula una fonte rinnuvevule è ecunomica, ancu s'ella hè menu cuntrollabile è menu intensa paragunata à e fonti di luce artificiale.
Diodi laser accoppiati à fibraQuessi sò diodi laser accoppiati à fibre ottiche, chì trasmettenu a luce di pompa in modu più efficiente à u mediu laser. Stu metudu hè particularmente utile in i laser à fibra è in situazioni induve a consegna precisa di a luce di pompa hè cruciale.
Altri LaserCalchì volta, un laser hè adupratu per pompà un altru. Per esempiu, un laser Nd: YAG cù frequenza radduppiata puderia esse adupratu per pompà un laser à coloranti. Stu metudu hè spessu adupratu quandu sò necessarie lunghezze d'onda specifiche per u prucessu di pompaggio chì ùn hè micca facilmente ottenibile cù e fonti luminose cunvinziunali.
Laser à statu solidu pompatu à diodi
Fonte d'energia inizialeU prucessu principia cù un laser à diodi, chì serve cum'è fonte di pompa. I laser à diodi sò scelti per a so efficienza, a so dimensione compatta è a so capacità di emette luce à lunghezze d'onda specifiche.
Luce di a pompa:U laser à diodi emette luce chì hè assorbita da u mezu di guadagnu à statu solidu. A lunghezza d'onda di u laser à diodi hè adattata per currisponde à e caratteristiche d'assorbimentu di u mezu di guadagnu.
Statu soliduGuadagnu Mediu
Materiale:U mediu di guadagnu in i laser DPSS hè tipicamente un materiale à statu solidu cum'è Nd: YAG (granatu d'aluminiu d'itriu drogatu cù neodimio), Nd: YVO4 (ortovanadatu d'itriu drogatu cù neodimio), o Yb: YAG (granatu d'aluminiu d'itriu drogatu cù itterbio).
Doping:Questi materiali sò dopati cù ioni di terre rare (cum'è Nd o Yb), chì sò l'ioni laser attivi.
Assorbimentu d'energia è eccitazione:Quandu a luce di pompa di u laser à diodi entra in u mediu di guadagnu, l'ioni di terre rare assorbenu sta energia è si eccitanu à stati di energia più alti.
Inversione di pupulazione
Ottenimentu di l'inversione di pupulazione:A chjave di l'azione laser hè di ottene una inversione di pupulazione in u mediu di guadagnu. Questu significa chì più ioni sò in un statu eccitatu chè in u statu fundamentale.
Emissione Stimulata:Una volta ottenuta l'inversione di pupulazione, l'introduzione di un fotone currispondente à a differenza d'energia trà i stati eccitati è fundamentali pò stimulà l'ioni eccitati à vultà à u statu fundamentale, emettendu un fotone in u prucessu.
Risonatore Otticu
Specchi: U mezu di guadagnu hè piazzatu in un risonatore otticu, tipicamente furmatu da dui specchi à ogni estremità di u mezu.
Feedback è Amplificazione: Unu di i specchi hè assai riflettente, è l'altru hè parzialmente riflettente. I fotoni rimbalzanu avanti è indietro trà sti specchi, stimulendu più emissioni è amplificendu a luce.
Emissione laser
Luce Coerente: I fotoni chì sò emessi sò coerenti, vale à dì chì sò in fase è anu a listessa lunghezza d'onda.
Output: U specchiu parzialmente riflettente permette à una parte di sta luce di passà, furmendu u raghju laser chì esce da u laser DPSS.
Geometrie di pompaggio: Pompaggio laterale vs. pompaggio finale
| Metudu di pompaggio | Descrizzione | Applicazioni | Vantaghji | Sfide |
|---|---|---|---|---|
| Pompaggio laterale | Luce di pompa introdutta perpendicolarmente à u mezu laser | Laser à barra o à fibra | Distribuzione uniforme di a luce di a pompa, adatta per applicazioni di alta putenza | Distribuzione di guadagnu micca uniforme, qualità di fasciu più bassa |
| Fine di u pompaggio | Luce di pompa diretta longu u listessu asse cum'è u raghju laser | Laser à statu solidu cum'è Nd:YAG | Distribuzione uniforme di u guadagnu, qualità di u fasciu più alta | Allineamentu cumplessu, dissipazione di u calore menu efficiente in laser di alta putenza |
Requisiti per una Luce di Pompa Efficace
| Requisitu | Impurtanza | Impattu/Equilibriu | Note supplementari |
|---|---|---|---|
| Idoneità di u Spettru | A lunghezza d'onda deve currisponde à u spettru d'assorbimentu di u mezu laser | Assicura un assorbimentu efficiente è un'inversione efficace di a pupulazione | - |
| Intensità | Deve esse abbastanza altu per u livellu d'eccitazione desideratu | Intensità troppu alte ponu causà danni termichi; troppu basse ùn ottenenu micca l'inversione di pupulazione. | - |
| Qualità di u fasciu | Particolarmente criticu in i laser pompati à a fine | Assicura un accoppiamentu efficiente è cuntribuisce à a qualità di u fasciu laser emessu | A qualità di u fasciu altu hè cruciale per una sovrapposizione precisa di a luce di a pompa è di u vulume di a modalità laser |
| Polarizazione | Necessariu per i mezi cù proprietà anisotropiche | Migliora l'efficienza di l'assorbimentu è pò influenzà a polarizazione di a luce laser emessa | Un statu di polarizazione specificu pò esse necessariu |
| Rumore d'intensità | I livelli di rumore bassi sò cruciali | E fluttuazioni di l'intensità luminosa di a pompa ponu influenzà a qualità è a stabilità di a pruduzzione laser | Impurtante per l'applicazioni chì richiedenu alta stabilità è precisione |
Data di publicazione: 01 dicembre 2023