თავისი არსით, ლაზერული ტუმბო არის გარემოს ენერგიის მიწოდების პროცესი, რათა მიაღწიოს მდგომარეობას, სადაც მას შეუძლია ლაზერული სინათლის გამოსხივება. ეს ჩვეულებრივ ხდება გარემოში სინათლის ან ელექტრული დენის ინექციით, მისი ატომების აღგზნებით და თანმიმდევრული სინათლის გამოსხივებამდე. ეს ფუნდამენტური პროცესი მნიშვნელოვნად განვითარდა მე-20 საუკუნის შუა ხანებში პირველი ლაზერების გამოჩენის შემდეგ.
მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად მოდელირებულია სიჩქარის განტოლებებით, ლაზერული ტუმბო ფუნდამენტურად კვანტური მექანიკური პროცესია. იგი მოიცავს რთულ ურთიერთქმედებებს ფოტონებსა და გამაძლიერებლის ატომურ ან მოლეკულურ სტრუქტურას შორის. მოწინავე მოდელები განიხილავენ ისეთ ფენომენებს, როგორიცაა რაბის რხევები, რაც უზრუნველყოფს ამ ურთიერთქმედებების უფრო დეტალურ გაგებას.
ლაზერული ტუმბო არის პროცესი, როდესაც ენერგია, როგორც წესი, სინათლის ან ელექტრული დენის სახით, მიეწოდება ლაზერის გამაძლიერებელ გარემოს, რათა აიყვანოს მისი ატომები ან მოლეკულები უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებამდე. ენერგიის ეს გადაცემა გადამწყვეტია პოპულაციის ინვერსიის მისაღწევად, მდგომარეობა, სადაც უფრო მეტი ნაწილაკი აღფრთოვანებულია, ვიდრე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობაში, რაც საშუალებას აძლევს საშუალებას გააძლიეროს შუქი სტიმულირებული ემისიის საშუალებით. პროცესი მოიცავს რთულ კვანტურ ურთიერთქმედებებს, რომლებიც ხშირად მოდელირებულია სიჩქარის განტოლებების ან უფრო მოწინავე კვანტური მექანიკური ჩარჩოების მეშვეობით. ძირითადი ასპექტები მოიცავს ტუმბოს წყაროს არჩევანს (როგორიცაა ლაზერული დიოდები ან გამონადენი ნათურები), ტუმბოს გეომეტრია (გვერდითი ან ბოლო ამოტუმბვა) და ტუმბოს სინათლის მახასიათებლების ოპტიმიზაცია (სპექტრი, ინტენსივობა, სხივის ხარისხი, პოლარიზაცია) სპეციფიკური მოთხოვნების შესაბამისად. მოიპოვოს საშუალო. ლაზერული გადატუმბვა ფუნდამენტურია სხვადასხვა ტიპის ლაზერებში, მათ შორის მყარი მდგომარეობის, ნახევარგამტარული და გაზის ლაზერებში და აუცილებელია ლაზერის ეფექტური და ეფექტური მუშაობისთვის.
ოპტიკურად ამოტუმბული ლაზერების ჯიშები
1. მყარი მდგომარეობის ლაზერები დოპირებული იზოლატორებით
· მიმოხილვა:ეს ლაზერები იყენებენ ელექტრული საიზოლაციო მასპინძელ გარემოს და ეყრდნობიან ოპტიკურ ტუმბოს ლაზერული აქტიური იონების ენერგიის გასააქტიურებლად. გავრცელებული მაგალითია ნეოდიმი YAG ლაზერებში.
·ბოლო კვლევა:ა.ანტიპოვის და სხვ. განიხილავს მყარი მდგომარეობის ახლო IR ლაზერს სპინ-გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის. ეს კვლევა ხაზს უსვამს მიღწევებს მყარი მდგომარეობის ლაზერულ ტექნოლოგიაში, განსაკუთრებით ახლო ინფრაწითელ სპექტრში, რაც გადამწყვეტია ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა სამედიცინო გამოსახულება და ტელეკომუნიკაცია.
შემდგომი კითხვა:მყარი მდგომარეობის ახლო IR ლაზერი სპინ-გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის
2. ნახევარგამტარული ლაზერები
·ზოგადი ინფორმაცია: როგორც წესი, ელექტრული ტუმბოებით, ნახევარგამტარულ ლაზერებს ასევე შეუძლიათ ისარგებლონ ოპტიკური ტუმბოებით, განსაკუთრებით იმ აპლიკაციებში, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სიკაშკაშეს, როგორიცაა ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები (VECSELs).
·უახლესი განვითარება: U. კელერის ნამუშევარი ოპტიკური სიხშირის სავარცხლებზე ულტრასწრაფი მყარი და ნახევარგამტარული ლაზერებიდან იძლევა ხედვას სტაბილური სიხშირის სავარცხლების წარმოქმნის შესახებ დიოდით ამოტუმბული მყარი და ნახევარგამტარული ლაზერებისგან. ეს წინსვლა მნიშვნელოვანია ოპტიკური სიხშირის მეტროლოგიაში გამოყენებისთვის.
შემდგომი კითხვა:ოპტიკური სიხშირის სავარცხლები ულტრასწრაფი მყარი და ნახევარგამტარული ლაზერებისგან
3. გაზის ლაზერები
·ოპტიკური ტუმბო გაზის ლაზერებში: გარკვეული ტიპის გაზის ლაზერები, როგორიცაა ტუტე ორთქლის ლაზერები, იყენებენ ოპტიკურ ტუმბოს. ეს ლაზერები ხშირად გამოიყენება აპლიკაციებში, რომლებიც საჭიროებენ თანმიმდევრულ სინათლის წყაროებს სპეციფიკური თვისებებით.
ოპტიკური ტუმბოს წყაროები
გამონადენი ნათურები: გავრცელებულია ნათურებით ამოტუმბულ ლაზერებში, გამონადენი ნათურები გამოიყენება მათი მაღალი სიმძლავრისა და ფართო სპექტრისთვის. YA მანდრიკო და სხვ. შეიმუშავა იმპულსური რკალის გამონადენის წარმოქმნის სიმძლავრის მოდელი მყარი მდგომარეობის ლაზერების აქტიური მედიის ოპტიკური სატუმბი ქსენონის ნათურებში. ეს მოდელი ხელს უწყობს იმპულსური სატუმბი ნათურების მუშაობის ოპტიმიზაციას, რაც გადამწყვეტია ეფექტური ლაზერული მუშაობისთვის.
ლაზერული დიოდები:გამოიყენება დიოდური ტუმბო ლაზერებში, ლაზერული დიოდები გვთავაზობენ უპირატესობებს, როგორიცაა მაღალი ეფექტურობა, კომპაქტური ზომა და წვრილად დარეგულირების შესაძლებლობა.
შემდგომი კითხვა:რა არის ლაზერული დიოდი?
ფლეშ ნათურები: ფლეშ ნათურები არის ინტენსიური, ფართო სპექტრის სინათლის წყაროები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება მყარი მდგომარეობის ლაზერების სატუმბისთვის, როგორიცაა რუბი ან Nd:YAG ლაზერები. ისინი უზრუნველყოფენ სინათლის მაღალი ინტენსივობის აფეთქებას, რომელიც აღაგზნებს ლაზერულ გარემოს.
რკალის ნათურები: ფლეშ ნათურების მსგავსად, მაგრამ შექმნილია უწყვეტი მუშაობისთვის, რკალის ნათურები გვთავაზობენ ინტენსიური სინათლის მუდმივ წყაროს. ისინი გამოიყენება აპლიკაციებში, სადაც საჭიროა უწყვეტი ტალღის (CW) ლაზერული მოქმედება.
LED-ები (განათების დიოდები): მიუხედავად იმისა, რომ არ არის ისეთივე გავრცელებული, როგორც ლაზერული დიოდები, LED-ები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური ტუმბოსთვის ზოგიერთ მცირე სიმძლავრის აპლიკაციებში. ისინი ხელსაყრელია მათი ხანგრძლივი სიცოცხლის, დაბალი ღირებულებისა და სხვადასხვა ტალღის სიგრძეში ხელმისაწვდომობის გამო.
მზის შუქი: ზოგიერთ ექსპერიმენტულ მოწყობილობებში კონცენტრირებული მზის შუქი გამოიყენებოდა როგორც ტუმბოს წყარო მზის ტუმბოს ლაზერებისთვის. ეს მეთოდი იყენებს მზის ენერგიას, რაც მას განახლებად და ეკონომიურ წყაროდ აქცევს, თუმცა ხელოვნური სინათლის წყაროებთან შედარებით ნაკლებად კონტროლირებადი და ნაკლებად ინტენსიურია.
ბოჭკოვანი დაწყვილებული ლაზერული დიოდები: ეს არის ლაზერული დიოდები, რომლებიც დაკავშირებულია ოპტიკურ ბოჭკოებთან, რომლებიც ტუმბოს შუქს უფრო ეფექტურად აწვდიან ლაზერულ გარემოს. ეს მეთოდი განსაკუთრებით სასარგებლოა ბოჭკოვანი ლაზერებისთვის და იმ სიტუაციებში, სადაც ტუმბოს სინათლის ზუსტი მიწოდება გადამწყვეტია.
სხვა ლაზერები: ხანდახან ერთი ლაზერი მეორის სატუმბით გამოიყენება. მაგალითად, სიხშირით გაორმაგებული Nd: YAG ლაზერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას საღებავის ლაზერის გადასატუმბლად. ეს მეთოდი ხშირად გამოიყენება, როდესაც ტუმბოს პროცესისთვის საჭიროა კონკრეტული ტალღის სიგრძე, რაც ადვილად არ არის მიღწეული ჩვეულებრივი სინათლის წყაროებით.
დიოდით ამოტუმბული მყარი მდგომარეობის ლაზერი
საწყისი ენერგიის წყარო: პროცესი იწყება დიოდური ლაზერით, რომელიც ემსახურება როგორც ტუმბოს წყაროს. დიოდური ლაზერები არჩეულია მათი ეფექტურობის, კომპაქტური ზომისა და ტალღის სიგრძის სინათლის გამოსხივების უნარის გამო.
ტუმბოს შუქი:დიოდური ლაზერი ასხივებს შუქს, რომელიც შეიწოვება მყარი მდგომარეობის მომატების საშუალებით. დიოდური ლაზერის ტალღის სიგრძე მორგებულია გამაძლიერებლის შთანთქმის მახასიათებლების შესატყვისად.
მყარი მდგომარეობამოიპოვეთ საშუალო
მასალა:DPSS ლაზერებში გამაძლიერებელი საშუალება, როგორც წესი, არის მყარი მდგომარეობის მასალა, როგორიცაა Nd:YAG (ნეოდიმი-დოპირებული იტრიუმის ალუმინის გარნეტი), Nd:YVO4 (ნეოდიმი-დოპირებული იტრიუმის ორთოვანადატი) ან Yb:YAG (იტერბიუმ-დოპირებული იტრიუმის ალუმინის გარნეტი).
დოპინგი:ეს მასალები დოპირებულია იშვიათი დედამიწის იონებით (როგორიცაა Nd ან Yb), რომლებიც აქტიური ლაზერული იონებია.
ენერგიის შთანთქმა და აგზნება:როდესაც დიოდური ლაზერის ტუმბოს შუქი შედის გამაძლიერებელ გარემოში, იშვიათი დედამიწის იონები შთანთქავს ამ ენერგიას და აღელვებს უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებს.
მოსახლეობის ინვერსია
მოსახლეობის ინვერსიის მიღწევა:ლაზერული მოქმედების გასაღები არის პოპულაციის ინვერსიის მიღწევა მომატებულ გარემოში. ეს ნიშნავს, რომ უფრო მეტი იონია აღგზნებულ მდგომარეობაში, ვიდრე ძირეულ მდგომარეობაში.
სტიმულირებული ემისია:პოპულაციის ინვერსიის მიღწევის შემდეგ, ფოტონის შეყვანამ, რომელიც შეესაბამება აღგზნებულ და ფუძე მდგომარეობას შორის ენერგიის სხვაობას, შეიძლება აღგზნებული იონების სტიმულირება დაბრუნდეს ძირითად მდგომარეობაში, ასხივებს ფოტონს ამ პროცესში.
ოპტიკური რეზონატორი
სარკეები: გამაძლიერებელი საშუალება მოთავსებულია ოპტიკურ რეზონატორში, რომელიც, როგორც წესი, იქმნება საშუალების თითოეულ ბოლოში ორი სარკით.
გამოხმაურება და გაძლიერება: ერთი სარკე ძლიერ ამრეკლავია, მეორე კი ნაწილობრივ ამრეკლავია. ამ სარკეებს შორის ფოტონები ბრუნავს წინ და უკან, რაც ასტიმულირებს მეტ ემისიას და აძლიერებს შუქს.
ლაზერული ემისია
თანმიმდევრული შუქი: გამოსხივებული ფოტონები თანმიმდევრულია, რაც ნიშნავს, რომ ისინი ფაზაში არიან და აქვთ იგივე ტალღის სიგრძე.
გამომავალი: ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე საშუალებას აძლევს ამ სინათლის ნაწილის გავლას, რაც ქმნის ლაზერის სხივს, რომელიც გამოდის DPSS ლაზერიდან.
სატუმბი გეომეტრიები: გვერდითი ტუმბოს წინააღმდეგ
სატუმბი მეთოდი | აღწერა | აპლიკაციები | უპირატესობები | გამოწვევები |
---|---|---|---|---|
გვერდითი ტუმბო | ტუმბოს შუქი შემოვიდა ლაზერული საშუალების პერპენდიკულარულად | როდ ან ბოჭკოვანი ლაზერები | ტუმბოს სინათლის ერთგვაროვანი განაწილება, შესაფერისი მაღალი სიმძლავრის გამოყენებისთვის | მომატების არაერთგვაროვანი განაწილება, სხივის დაბალი ხარისხი |
ამოტუმბვის დასრულება | ტუმბოს შუქი მიმართულია იმავე ღერძის გასწვრივ, როგორც ლაზერის სხივი | მყარი მდგომარეობის ლაზერები, როგორიცაა Nd:YAG | ერთგვაროვანი განაწილება, სხივის უფრო მაღალი ხარისხი | კომპლექსური გასწორება, ნაკლებად ეფექტური სითბოს გაფრქვევა მაღალი სიმძლავრის ლაზერებში |
მოთხოვნები ეფექტური ტუმბოს განათებისთვის
მოთხოვნა | მნიშვნელობა | გავლენა/ბალანსი | დამატებითი შენიშვნები |
---|---|---|---|
სპექტრის ვარგისიანობა | ტალღის სიგრძე უნდა შეესაბამებოდეს ლაზერული საშუალების შთანთქმის სპექტრს | უზრუნველყოფს ეფექტურ შთანთქმას და პოპულაციის ეფექტურ ინვერსიას | - |
ინტენსივობა | საკმარისად მაღალი უნდა იყოს სასურველი აგზნების დონისთვის | ზედმეტად მაღალმა ინტენსივობამ შეიძლება გამოიწვიოს თერმული დაზიანება; ძალიან დაბალი ვერ მიაღწევს მოსახლეობის ინვერსიას | - |
სხივის ხარისხი | განსაკუთრებით კრიტიკულია ბოლო ტუმბოს ლაზერებში | უზრუნველყოფს ეფექტურ შეერთებას და ხელს უწყობს ემიტირებული ლაზერის სხივის ხარისხს | მაღალი სხივის ხარისხი გადამწყვეტია ტუმბოს სინათლისა და ლაზერული რეჟიმის მოცულობის ზუსტი გადახურვისთვის |
პოლარიზაცია | საჭიროა ანიზოტროპული თვისებების მქონე მედიისთვის | აძლიერებს შთანთქმის ეფექტურობას და შეუძლია გავლენა მოახდინოს ემიტირებული ლაზერული სინათლის პოლარიზაციაზე | შეიძლება საჭირო გახდეს პოლარიზაციის სპეციფიკური მდგომარეობა |
ინტენსივობის ხმაური | ხმაურის დაბალი დონე გადამწყვეტია | ტუმბოს სინათლის ინტენსივობის რყევებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ლაზერის გამომუშავების ხარისხსა და სტაბილურობაზე | მნიშვნელოვანია აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სტაბილურობას და სიზუსტეს |
გამოქვეყნების დრო: დეკ-01-2023