Suscríbete aos nosos medios sociais para a publicación rápida
Na súa esencia, o bombeo láser é o proceso de dinamización dun medio para conseguir un estado onde pode emitir luz láser. Isto faise normalmente inxectando luz ou corrente eléctrica no medio, emocionando os seus átomos e dando lugar á emisión de luz coherente. Este proceso fundacional evolucionou significativamente desde a chegada dos primeiros láseres a mediados do século XX.
Aínda que a miúdo modelado por ecuacións de taxa, o bombeo láser é fundamentalmente un proceso mecánico cuántico. Implica interaccións complexas entre fotóns e estrutura atómica ou molecular do medio de ganancia. Os modelos avanzados consideran fenómenos como oscilacións de rabi, que proporcionan unha comprensión máis matizada destas interaccións.
O bombeo de láser é un proceso onde a enerxía, normalmente en forma de luz ou corrente eléctrica, é subministrada a un medio de ganancia do láser para elevar os seus átomos ou moléculas a estados de maior enerxía. Esta transferencia de enerxía é crucial para lograr a inversión da poboación, un estado onde máis partículas están excitadas que nun estado de enerxía inferior, permitindo que o medio amplifique a luz mediante emisión estimulada. O proceso implica interaccións cuánticas complexas, a miúdo modeladas a través de ecuacións de velocidade ou cadros mecánicos cuánticos máis avanzados. Entre os aspectos clave inclúese a elección da fonte da bomba (como os diodos láser ou as lámpadas de descarga), a xeometría da bomba (bombeo lateral ou final) e a optimización de características de luz da bomba (espectro, intensidade, calidade do feixe, polarización) para que coincidan cos requisitos específicos do medio de ganancia. O bombeo láser é fundamental en varios tipos de láser, incluíndo láseres de estado sólido, semiconductor e láseres de gas, e é esencial para o funcionamento eficiente e eficaz do láser.
Variedades de láseres bombeados ópticamente
1. Láseres de estado sólido con illantes dopados
· Visión xeral:Estes láseres usan un medio hóspede illante eléctrico e dependen do bombeo óptico para dinamizar os ións activos con láser. Un exemplo común é o neodimio nos láseres YAG.
·Investigacións recentes:Un estudo de A. Antipov et al. Comenta un láser case IR de estado sólido para o bombeo óptico de intercambio de spin. Esta investigación pon de manifesto os avances na tecnoloxía láser de estado sólido, particularmente no espectro infravermello próximo, que é crucial para aplicacións como imaxes médicas e telecomunicacións.
Máis lectura:Un láser case IR de estado sólido para bombeo óptico de intercambio de spin
2. Láseres de semiconductores
·Información xeral: normalmente bombeados eléctricamente, os láseres semicondutores tamén poden beneficiarse do bombeo óptico, especialmente en aplicacións que requiren un alto brillo, como os láseres emisores da superficie da cavidade externa vertical (Vecsels).
·Desenvolvemento recente: o traballo de Keller de U. Keller sobre peites de frecuencia óptica a partir de láseres de semiconductor de estado sólido ultravés e láseres proporciona información sobre a xeración de peites de frecuencia estable de láseres de estado sólido e semiconductor. Este avance é significativo para as aplicacións en metroloxía de frecuencia óptica.
Máis lectura:Combos de frecuencia óptica a partir de láseres de estado sólido ultra
3. Láseres de gas
·Bombeo óptico en láseres de gas: certos tipos de láseres de gas, como os láseres de vapor alcalino, utilizan o bombeo óptico. Estes láseres úsanse a miúdo en aplicacións que requiren fontes de luz coherentes con propiedades específicas.
Fontes de bombeo óptico
Lámpadas de descarga: Común nos láseres bombeados con lámpadas, as lámpadas de descarga úsanse para o seu alto poder e amplo espectro. Ya Mandryko et al. Desenvolveu un modelo de potencia de xeración de descarga de arco de impulso en soportes de bombeo óptico de medios activos lámpadas xenonas de láseres de estado sólido. Este modelo axuda a optimizar o rendemento das lámpadas de bombeo de impulsos, cruciais para un funcionamento láser eficiente.
Diodos láser:Usados en láseres bombeados de diodos, os diodos láser ofrecen vantaxes como alta eficiencia, tamaño compacto e capacidade para ser afinados.
Máis lectura:Que é un diodo láser?
Lámpadas flash: As lámpadas flash son fontes de luz intensa, de amplo espectro, que se usan habitualmente para bombear láseres de estado sólido, como Ruby ou ND: YAG. Proporcionan unha explosión de luz de alta intensidade que emociona o medio láser.
Lámpadas de arco: Semellante ás lámpadas flash pero deseñadas para o funcionamento continuo, as lámpadas de arco ofrecen unha fonte constante de luz intensa. Úsanse en aplicacións onde se precisa un funcionamento con láser de onda continua (CW).
LEDs (Diodos emisores de luz): Aínda que non sexa tan común como os diodos láser, os LEDs pódense usar para o bombeo óptico en certas aplicacións de baixa potencia. Son vantaxosos debido á súa longa vida, baixo custo e dispoñibilidade en varias lonxitudes de onda.
Luz solar: Nalgunhas configuracións experimentais, a luz solar concentrada usouse como fonte de bomba para láseres con bomba solar. Este método aproveita a enerxía solar, o que o converte nunha fonte renovable e rendible, aínda que é menos controlable e menos intensa en comparación con fontes de luz artificiais.
Diodos láser acoplados á fibra: Trátase de diodos láser acoplados a fibras ópticas, que ofrecen a luz da bomba de xeito máis eficiente ao medio láser. Este método é particularmente útil nos láseres de fibra e en situacións nas que a entrega precisa da luz da bomba é crucial.
Outros láseres: Ás veces, un láser úsase para bombear outro. Por exemplo, pode usarse un láser ND: YAG de dobre frecuencia para bombear un láser de colorante. Este método úsase a miúdo cando se necesitan lonxitudes de onda específicas para o proceso de bombeo que non se consegue facilmente con fontes de luz convencionais.
Láser de estado sólido bombinado por diodo
Fonte de enerxía inicial: O proceso comeza cun láser de diodo, que serve como fonte da bomba. Os láseres de diodos son elixidos pola súa eficiencia, tamaño compacto e capacidade para emitir luz a lonxitudes de onda específicas.
Luz da bomba:O láser do diodo emite luz que é absorbida polo medio de ganancia de estado sólido. A lonxitude de onda do láser do diodo está adaptada para coincidir coas características de absorción do medio de ganancia.
Estado sólidoGañar medio
Material:O medio de ganancia nos láseres DPSS é normalmente un material de estado sólido como ND: YAG (granate de aluminio Yttrium dopado por neodimio), ND: YVO4 (ortovanadato Yttrium Yttrium dopado por neodimio) ou yb: yt (ytterbium dopado dopado).
Doping:Estes materiais están dopados con ións de terra rara (como ND ou YB), que son os ións láser activos.
Absorción de enerxía e excitación:Cando a luz da bomba do láser do diodo entra no medio de ganancia, os ións de terra rara absorben esta enerxía e emocionan aos estados de maior enerxía.
Inversión da poboación
Acadar a inversión da poboación:A clave para a acción láser é conseguir unha inversión poboacional no medio de ganancia. Isto significa que máis ións están nun estado excitado que no estado terrestre.
Emisión estimulada:Unha vez que se consiga a inversión da poboación, a introdución dun fotón correspondente á diferenza de enerxía entre os estados excitados e terrestres pode estimular os ións excitados para volver ao estado terrestre, emitindo un fotón no proceso.
Resonador óptico
Espellos: o medio de ganancia sitúase dentro dun resonador óptico, normalmente formado por dous espellos a cada extremo do medio.
Comentario e amplificación: un dos espellos é moi reflectante, e o outro é parcialmente reflectante. Os fotóns rebotan cara a adiante entre estes espellos, estimulando máis emisións e amplificando a luz.
Emisión láser
Luz coherente: os fotóns que se emiten son coherentes, o que significa que están en fase e teñen a mesma lonxitude de onda.
Saída: o espello parcialmente reflectante permite pasar parte desta luz, formando o feixe láser que sae do láser DPSS.
Xeometrías de bombeo: bombeo lateral vs. final
| Método de bombeo | Descrición | Aplicacións | Vantaxes | Retos |
|---|---|---|---|---|
| Bombeo lateral | A luz da bomba introduciuse perpendicular ao medio láser | Láseres de varilla ou fibra | Distribución uniforme da luz da bomba, adecuada para aplicacións de alta potencia | Distribución de ganancias non uniformes, menor calidade de feixe |
| Fin de bombeo | A luz da bomba dirixida polo mesmo eixe que o feixe láser | Láseres de estado sólido como ND: YAG | Distribución de ganancias uniformes, maior calidade de feixe | Aliñación complexa, disipación de calor menos eficiente en láseres de alta potencia |
Requisitos para a luz da bomba efectiva
| Requisito | Importancia | Impacto/equilibrio | Notas adicionais |
|---|---|---|---|
| Idoneidade do espectro | A lonxitude de onda debe coincidir co espectro de absorción do medio láser | Asegura unha absorción eficiente e unha inversión eficaz da poboación | - |
| Intensidade | Debe ser o suficientemente alto como para o nivel de excitación desexado | As intensidades excesivamente altas poden causar danos térmicos; Demasiado baixo non conseguirá a inversión da poboación | - |
| Calidade do feixe | Particularmente crítico nos láseres bombeados finais | Asegura un acoplamiento eficiente e contribúe á calidade do feixe láser emitido | A alta calidade do feixe é crucial para un solapamento preciso da luz da bomba e o volume do modo láser |
| Polarización | Necesario para os medios con propiedades anisotrópicas | Aumenta a eficiencia de absorción e pode afectar a polarización láser emitida | Pode ser necesario un estado específico de polarización |
| Ruído de intensidade | Os niveis baixos de ruído son cruciais | As flutuacións na intensidade da luz da bomba poden afectar a calidade e a estabilidade da saída do láser | Importante para as aplicacións que requiran unha alta estabilidade e precisión |
Tempo de publicación: decembro do 01-2023