À a so essenza, u pumping laser hè u prucessu di energizà un mediu per ottene un statu induve pò emette luce laser. Questu hè tipicamenti injecting light o currente elettricu in u mediu, eccitante i so atomi è purtendu à l'emissione di luce coherente. Stu prucessu fundamentale hà evolutu significativamente da l'avventu di i primi laser in a mità di u XXu seculu.
Mentri spessu modellatu da equazioni di ritmu, u pumping laser hè fundamentalmente un prucessu di meccanica quantistica. Implica interazzioni intricate trà i fotoni è a struttura atomica o moleculare di u mediu di guadagnu. I mudelli avanzati cunsidereghjanu fenomeni cum'è l'oscillazioni di Rabi, chì furnisce una cunniscenza più sfumata di queste interazzione.
U Laser pumping hè un prucessu induve l'energia, tipicamente in forma di luce o corrente elettrica, hè furnita à u mediu di guadagnu di un laser per elevà i so atomi o molécule à stati di energia più altu. Stu trasferimentu di energia hè cruciale per ottene l'inversione di a pupulazione, un statu induve più particelle sò eccitati cà in un statu di energia più bassu, chì permette à u mediu di amplificà a luce via emissione stimulata. U prucessu implica interazzione quantistica intricata, spessu modellata per equazioni di tassi o quadri di meccanica quantistica più avanzata. L'aspetti chjave includenu a scelta di a fonte di pompa (cum'è diodi laser o lampade di scarica), a geometria di a pompa (pumping laterale o finale), è l'ottimisazione di e caratteristiche di a luce di a pompa (spettru, intensità, qualità di fasciu, polarizazione) guadagnà mediu. U pumping laser hè fundamentale in diversi tipi di laser, cumpresi i laser à stati solidi, semiconduttori è di gas, è hè essenziale per u funziunamentu efficiente è efficace di u laser.
Varietà di laser à pompa otticu
1. Laser Solid-State cù Insulators Doped
· Panoramica:Questi lasers utilizanu un mediu d'ospiti insulante elettricamente è si basanu nantu à u pumping otticu per energizà i ioni attivi laser. Un esempiu cumuni hè u neodimiu in i laser YAG.
·Ricerche recenti:Un studiu di A. Antipov et al. discute un laser vicinu à IR à u statu solidu per u pumping otticu di scambiu di spin. Questa ricerca mette in risaltu l'avanzamenti in a tecnulugia di laser à u statu solidu, in particulare in u spettru infrarossu vicinu, chì hè cruciale per applicazioni cum'è l'imaghjini medichi è e telecomunicazioni.
Lettura in più:Un laser quasi IR à u statu solidu per u pompamentu otticu Spin-Exchange
2. Laser semiconductor
·Informazione Generale: Tipicamente pompati elettricamente, i laser semiconduttori ponu ancu prufittà di u pumping otticu, soprattuttu in applicazioni chì necessitanu alta luminosità, cum'è i Laser di Emissione di Superficie di Cavità Esterna Verticale (VECSEL).
·Sviluppi recenti: U travagliu di U. Keller nantu à i pettini di frequenza otticu da i laser ultrarapidi à stati solidi è semiconduttori furnisce insights in a generazione di pettini di frequenza stabile da i laser à stati solidi è semiconduttori pompati da diodi. Stu avanzu hè significativu per l'applicazioni in a metrologia di frequenza ottica.
Lettura in più:Pettini di frequenza ottica da laser ultrarapidi à stati solidi è semiconduttori
3. Laser di gas
·Pumping Optical in Gas Lasers: Certi tipi di laser di gas, cum'è laser di vapore alkali, utilizanu pumping otticu. Questi laser sò spessu usati in applicazioni chì necessitanu fonti di luce coerenti cù proprietà specifiche.
Fonti per u Pumping Optical
Lampade à scaricamentu: Cumunu in i laser lamp-pumped, lampi di scaricamentu sò usati per u so altu putere è u largu spettru. YA Mandryko et al. hà sviluppatu un mudellu di putenza di generazioni di scaricamentu d'arcu d'impulsu in lampade xenon à pompa otticu di media attivi di laser di stati solidi. Stu mudellu aiuta à ottimisà u funziunamentu di i lampi di pompa di impulsu, cruciali per un funziunamentu laser efficiente.
Diodi laser:Aduprati in i laser diodi-pumped, i diodi laser offrenu vantaghji cum'è l'alta efficienza, a dimensione compacta è a capacità di esse finemente sintonizzati.
Ulteriori lettura:cos'è un diodu laser?
Lampade Flash: I lampi di u lampu sò fonti luminosi intensi è di spettru largu chì sò cumunimenti utilizati per pumping lasers solid-state, such as ruby or Nd: YAG lasers. Anu furnisce una splutazioni di luce di alta intensità chì eccita u mediu laser.
Lampade à arcu: Simile à i lampi flash, ma pensati per u funziunamentu cuntinuu, i lampi à arcu offrenu una fonte stabile di luce intensa. Sò usati in l'applicazioni induve l'operazione laser à onda continua (CW) hè necessaria.
LED (diodi emettitori di luce): Mentre ùn hè micca cumunu cum'è diodi laser, i LED ponu esse utilizati per u pumping otticu in certi applicazioni di bassa putenza. Sò vantaghji per via di a so longa vita, u prezzu bassu è a dispunibilità in diverse lunghezze d'onda.
Luce di u sole: In certi cunfigurazioni spirimintali, a luce di u sole cuncentrata hè stata aduprata cum'è una fonte di pompa per i laser di u sole. Stu metudu sfrutta l'energia solare, facennu una fonte rinnuvevule è costu-efficace, ancu s'ellu hè menu cuntrullabile è menu intensu cumparatu cù e fonti di luce artificiale.
Diodi laser accoppiati à fibre: Quessi sò diodi laser accoppiati à fibre ottiche, chì furniscenu a luce di pompa in modu più efficace à u mediu laser. Stu metudu hè particularmente utile in laser di fibra è in situazioni induve a consegna precisa di a luce di pompa hè cruciale.
Altri Laser: Calchì volta, un laser hè usatu pi pump un altru. Per esempiu, un laser Nd: YAG raddoppiatu in freccia pò esse usatu per pompà un laser di tintura. Stu metudu hè spessu usatu quandu e lunghezze d'onda specifiche sò richieste per u prucessu di pumping chì ùn hè micca facilmente ottenutu cù fonti di luce cunvinziunali.
Laser à stati solidi pompatu da diodi
Fonte di energia iniziale: U prucessu principia cù un laser diode, chì serve cum'è a fonte di pompa. I laser diodi sò scelti per a so efficienza, a dimensione compacta è a capacità di emette luce à lunghezze d'onda specifiche.
Lumière de la pompe :U laser diodu emette luce chì hè assorbita da u mediu di guadagnu di u solidu. A lunghezza d'onda di u laser diodu hè adattatu per currisponde à e caratteristiche di assorbimentu di u mediu di guadagnu.
Solid-StateGuadagna Medium
Materiale:U mediu di guadagnu in i laser DPSS hè tipicamente un materiale à u statu solidu cum'è Nd: YAG (Nd: Yttrium Aluminium Garnet drogatu cù Neodymium), Nd: YVO4 (Yttrium Orthovanadate Dopato con Neodimio), o Yb: YAG (Ytterbium-doped Yttrium Aluminium Garnet).
Doping:Questi materiali sò dopati cù ioni di terra rara (cum'è Nd o Yb), chì sò i ioni laser attivi.
Assorbimentu di energia è eccitazione:Quandu a luce di a pompa da u laser diodu entra in u mediu di guadagnu, l'ioni di a terra rara assorbanu sta energia è si eccitanu à stati di energia più altu.
Inversione di a pupulazione
Aghjunghje l'inversione di a pupulazione:A chjave per l'azzione laser hè di ottene una inversione di pupulazione in u mediu di guadagnu. Questu significa chì più ioni sò in un statu eccitatu chì in u statu di terra.
Emissione Stimulata:Una volta ottenuta l'inversione di a pupulazione, l'intruduzioni di un fotonu currispundenti à a diferenza di energia trà i stati eccitati è di terra pò stimulà l'ioni eccitati per vultà à u statu di terra, emettendu un fotonu in u prucessu.
Risonatore otticu
Mirrors: U mediu di guadagnu hè situatu in un resonatore otticu, tipicamente furmatu da dui specchi à ogni estremità di u mediu.
Feedback è Amplificazione: Unu di i specchi hè altamente riflettente, è l'altru hè parzialmente riflettente. I fotoni rimbalzanu avanti è avanti trà sti specchi, stimulendu più emissioni è amplificà a luce.
Emissione Laser
Luce Coherente: I fotoni chì sò emessi sò coerenti, vale à dì chì sò in fase è anu a stessa lunghezza d'onda.
Output: U specchiu parzialmente riflettente permette à una parte di sta luce per passà, furmendu u fasciu laser chì esce da u laser DPSS.
Pumping Geometries: Side vs End Pumping
Metudu di Pumping | Descrizzione | Applicazioni | Vantaghji | Sfide |
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Pumping laterale | Pump light introduttu perpendicularmente à u mediu laser | Laser à barra o fibra | Distribuzione uniforme di a luce di a pompa, adattata per applicazioni d'alta putenza | Distribuzione di guadagnu non uniforme, qualità di fasciu più bassa |
Finu di Pompà | Lumière de pompe dirigée le long du même axe que le faisceau laser | Laser à stati solidi cum'è Nd:YAG | Distribuzione uniforme di guadagnà, qualità di fasciu più altu | Allineamentu cumplessu, dissipazione di calore menu efficiente in laser d'alta putenza |
Requisiti per a luce di pompa efficace
Esigenza | Impurtanza | Impact / Balance | Note supplementari |
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Idoneità di u spettru | A lunghezza d'onda deve currisponde à u spettru di assorbimentu di u mediu laser | Assicura un assorbimentu efficiente è una inversione efficace di a pupulazione | - |
Intensità | Deve esse abbastanza altu per u livellu di eccitazione desideratu | Intensità troppu altu pò causà danni termichi; troppu bassu ùn uttene micca l'inversione di a pupulazione | - |
Qualità di fasciu | Particularmente criticu in i laser à pompa finale | Assicura un accoppiamentu efficiente è cuntribuisce à a qualità di u fasciu laser emessi | A qualità di u fasciu elevatu hè cruciale per una superposizione precisa di a luce di pompa è u voluminu di u modu laser |
Polarizazione | Ubligatoriu per i media cù proprietà anisotropiche | Aumenta l'efficienza di assorbimentu è pò influenzà a polarizazione di a luce laser emessa | Un statu di polarizazione specificu pò esse necessariu |
Rumore d'intensità | I bassi livelli di rumore sò cruciali | I fluttuazioni in l'intensità di a luce di a pompa ponu influenzà a qualità è a stabilità di a pruduzzioni laser | Impurtante per l'applicazioni chì necessitanu alta stabilità è precisione |
Tempu di Postu: Dec-01-2023