გამოიწერეთ ჩვენი სოციალური ქსელები სწრაფი პოსტებისთვის
თავისი არსით, ლაზერული ტუმბო არის გარემოს ენერგიით მომარაგების პროცესი, რათა მიღწეულ იქნას მდგომარეობა, როდესაც მას შეუძლია ლაზერული სინათლის გამოსხივება. ეს, როგორც წესი, ხორციელდება გარემოში სინათლის ან ელექტრული დენის შეყვანით, მისი ატომების აღგზნებით და კოჰერენტული სინათლის გამოსხივებით. ეს ფუნდამენტური პროცესი მნიშვნელოვნად განვითარდა XX საუკუნის შუა ხანებში პირველი ლაზერების გამოჩენის შემდეგ.
მიუხედავად იმისა, რომ ლაზერული ტუმბო ხშირად მოდელირებულია სიჩქარის განტოლებებით, ის ფუნდამენტურად კვანტური მექანიკური პროცესია. ის მოიცავს ფოტონებსა და გაძლიერების გარემოს ატომურ ან მოლეკულურ სტრუქტურას შორის რთულ ურთიერთქმედებებს. მოწინავე მოდელები განიხილავენ რაბი რხევების მსგავს ფენომენებს, რაც ამ ურთიერთქმედებების უფრო ნიუანსირებულ გაგებას იძლევა.
ლაზერული ტუმბო არის პროცესი, რომლის დროსაც ენერგია, როგორც წესი, სინათლის ან ელექტრული დენის სახით, მიეწოდება ლაზერის გამაძლიერებელ გარემოს, რათა მისი ატომები ან მოლეკულები აიყვანოს უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში. ეს ენერგიის გადაცემა გადამწყვეტია პოპულაციის ინვერსიის მისაღწევად, მდგომარეობის მისაღწევად, როდესაც უფრო მეტი ნაწილაკია აღგზნებული, ვიდრე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობის დროს, რაც საშუალებას აძლევს გარემოს გააძლიეროს სინათლე სტიმულირებული ემისიის გზით. პროცესი მოიცავს რთულ კვანტურ ურთიერთქმედებებს, რომლებიც ხშირად მოდელირებულია სიჩქარის განტოლებებით ან უფრო მოწინავე კვანტურ-მექანიკური ჩარჩოებით. ძირითადი ასპექტებია ტუმბოს წყაროს არჩევანი (მაგალითად, ლაზერული დიოდები ან განმუხტვის ნათურები), ტუმბოს გეომეტრია (გვერდითი ან ბოლოში ტუმბო) და ტუმბოს სინათლის მახასიათებლების ოპტიმიზაცია (სპექტრი, ინტენსივობა, სხივის ხარისხი, პოლარიზაცია), რათა შეესაბამებოდეს გამაძლიერებელი გარემოს სპეციფიკურ მოთხოვნებს. ლაზერული ტუმბო ფუნდამენტურია სხვადასხვა ტიპის ლაზერში, მათ შორის მყარი მდგომარეობის, ნახევარგამტარული და გაზის ლაზერებში და აუცილებელია ლაზერის ეფექტური და ეფექტიანი მუშაობისთვის.
ოპტიკურად ტუმბოს ლაზერების სახეობები
1. მყარი მდგომარეობის ლაზერები დოპირებული იზოლატორებით
· მიმოხილვა:ეს ლაზერები იყენებენ ელექტრულად იზოლირებულ მასპინძელ გარემოს და ლაზერით აქტიური იონების გასააქტიურებლად ოპტიკურ ტუმბოს იყენებენ. გავრცელებული მაგალითია ნეოდიუმი YAG ლაზერებში.
·ბოლოდროინდელი კვლევა:ა. ანტიპოვის და სხვების კვლევაში განხილულია მყარი მდგომარეობის ახლო ინფრაწითელი ლაზერი სპინის გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის. ეს კვლევა ხაზს უსვამს მყარი მდგომარეობის ლაზერული ტექნოლოგიის მიღწევებს, განსაკუთრებით ახლო ინფრაწითელ სპექტრში, რაც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა სამედიცინო ვიზუალიზაცია და ტელეკომუნიკაციები.
დამატებითი ინფორმაცია:მყარი მდგომარეობის ახლო ინფრაწითელი ლაზერი სპინის გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის
2. ნახევარგამტარული ლაზერები
·ზოგადი ინფორმაცია: როგორც წესი, ელექტროტუმბობილ ნახევარგამტარულ ლაზერებს ასევე შეუძლიათ ისარგებლონ ოპტიკური ტუმბოთი, განსაკუთრებით მაღალი სიკაშკაშის მოთხოვნით გამოწვეულ აპლიკაციებში, როგორიცაა ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები (VECSEL).
·ბოლოდროინდელი მიღწევები: უ. კელერის ნაშრომი ულტრასწრაფი მყარი და ნახევარგამტარული ლაზერებიდან მიღებული ოპტიკური სიხშირის სავარცხლებზე იძლევა წარმოდგენას დიოდური ტუმბოთი მომუშავე მყარი და ნახევარგამტარული ლაზერებიდან სტაბილური სიხშირის სავარცხლების გენერაციის შესახებ. ეს მიღწევა მნიშვნელოვანია ოპტიკური სიხშირის მეტროლოგიის გამოყენებისთვის.
დამატებითი ინფორმაცია:ულტრასწრაფი მყარი მდგომარეობის და ნახევარგამტარული ლაზერების ოპტიკური სიხშირის სავარცხლები
3. გაზის ლაზერები
·ოპტიკური ტუმბო გაზის ლაზერებში: გაზის ლაზერების გარკვეული ტიპები, როგორიცაა ტუტე ორთქლის ლაზერები, იყენებენ ოპტიკურ ტუმბოს. ეს ლაზერები ხშირად გამოიყენება სპეციფიკური თვისებების მქონე კოჰერენტული სინათლის წყაროების გამოყენებისას.
ოპტიკური ტუმბოს წყაროები
განმუხტვის ნათურებინათურით მომუშავე ლაზერებში გავრცელებული განმუხტვის ნათურები გამოიყენება მათი მაღალი სიმძლავრისა და ფართო სპექტრის გამო. ი.ა. მანდრიკომ და სხვებმა შეიმუშავეს იმპულსური რკალის განმუხტვის გენერაციის სიმძლავრის მოდელი მყარი მდგომარეობის ლაზერების აქტიური მედიის ოპტიკურ მომუშავე ქსენონის ნათურებში. ეს მოდელი ხელს უწყობს იმპულსური მომუშავე ნათურების მუშაობის ოპტიმიზაციას, რაც აუცილებელია ლაზერის ეფექტური მუშაობისთვის.
ლაზერული დიოდები:დიოდურ-ტუმბოიან ლაზერებში გამოყენებული ლაზერული დიოდები ისეთ უპირატესობებს გვთავაზობს, როგორიცაა მაღალი ეფექტურობა, კომპაქტური ზომა და ზუსტი რეგულირების შესაძლებლობა.
დამატებითი ინფორმაცია:რა არის ლაზერული დიოდი?
ფლეშ ნათურებიფლეშ ნათურები ინტენსიური, ფართო სპექტრის სინათლის წყაროებია, რომლებიც ხშირად გამოიყენება მყარი მდგომარეობის ლაზერების, მაგალითად, ლალის ან Nd:YAG ლაზერების გამოსატუმბავად. ისინი უზრუნველყოფენ მაღალი ინტენსივობის სინათლის აფეთქებას, რომელიც აღაგზნებს ლაზერულ გარემოს.
რკალური ნათურებიფლეშ ნათურების მსგავსად, მაგრამ უწყვეტი მუშაობისთვის შექმნილი, რკალური ნათურები ინტენსიური სინათლის სტაბილურ წყაროს გვთავაზობენ. ისინი გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც საჭიროა უწყვეტი ტალღის (CW) ლაზერული მუშაობა.
LED-ები (სინათლის გამოსხივების დიოდები)მიუხედავად იმისა, რომ LED-ები ლაზერული დიოდების მსგავსად გავრცელებული არ არის, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური ტუმბოსთვის გარკვეულ დაბალი სიმძლავრის აპლიკაციებში. მათი უპირატესობაა მათი ხანგრძლივი მომსახურების ვადა, დაბალი ღირებულება და სხვადასხვა ტალღის სიგრძეში ხელმისაწვდომობა.
მზის შუქიზოგიერთ ექსპერიმენტულ სისტემაში, კონცენტრირებული მზის სინათლე გამოყენებული იქნა მზის ენერგიით მომუშავე ლაზერების ტუმბოს წყაროდ. ეს მეთოდი იყენებს მზის ენერგიას, რაც მას განახლებად და ეკონომიურ წყაროდ აქცევს, თუმცა ის ნაკლებად კონტროლირებადი და ნაკლებად ინტენსიურია ხელოვნური სინათლის წყაროებთან შედარებით.
ბოჭკოვანი შეერთების ლაზერული დიოდებიესენია ოპტიკურ ბოჭკოებთან შეერთებული ლაზერული დიოდები, რომლებიც ტუმბოს სინათლეს უფრო ეფექტურად აწვდიან ლაზერულ გარემოს. ეს მეთოდი განსაკუთრებით სასარგებლოა ბოჭკოვან ლაზერებში და იმ სიტუაციებში, სადაც ტუმბოს სინათლის ზუსტი მიწოდება გადამწყვეტია.
სხვა ლაზერებიზოგჯერ, ერთი ლაზერი გამოიყენება მეორის გამოსატუმბავად. მაგალითად, საღებავი ლაზერის გამოსატუმბავად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სიხშირეზე გაორმაგებული Nd:YAG ლაზერი. ეს მეთოდი ხშირად გამოიყენება მაშინ, როდესაც გამოსატუმბავი პროცესისთვის საჭიროა კონკრეტული ტალღის სიგრძეები, რაც ჩვეულებრივი სინათლის წყაროებით ადვილად არ მიიღწევა.
დიოდური ტუმბოს მყარი მდგომარეობის ლაზერი
საწყისი ენერგიის წყაროპროცესი იწყება დიოდური ლაზერით, რომელიც ტუმბოს წყაროს წარმოადგენს. დიოდური ლაზერები შეირჩევა მათი ეფექტურობის, კომპაქტური ზომისა და კონკრეტული ტალღის სიგრძეებზე სინათლის გამოსხივების უნარის გამო.
ტუმბოს ნათურა:დიოდური ლაზერი ასხივებს სინათლეს, რომელსაც შთანთქავს მყარი მდგომარეობის გამაძლიერებელი გარემო. დიოდური ლაზერის ტალღის სიგრძე მორგებულია გამაძლიერებელი გარემოს შთანთქმის მახასიათებლებთან.
მყარი მდგომარეობასაშუალო გაძლიერება
მასალა:DPSS ლაზერებში გაძლიერების საშუალება, როგორც წესი, მყარი მდგომარეობის მასალაა, როგორიცაა Nd:YAG (ნეოდიმის დოპირებული იტრიუმის ალუმინის გარნეტი), Nd:YVO4 (ნეოდიმის დოპირებული იტრიუმის ორთოვანადატი) ან Yb:YAG (იტერბიუმის დოპირებული იტრიუმის ალუმინის გარნეტი).
დოპინგი:ეს მასალები დოპირებულია იშვიათმიწა ელემენტების იონებით (მაგალითად, Nd ან Yb), რომლებიც აქტიური ლაზერული იონებია.
ენერგიის შთანთქმა და აგზნება:როდესაც დიოდური ლაზერის ტუმბოს სინათლე შედის გამაძლიერებელ გარემოში, იშვიათმიწა იონები შთანთქავენ ამ ენერგიას და აღიგზნებიან უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებამდე.
პოპულაციის ინვერსია
პოპულაციის ინვერსიის მიღწევა:ლაზერული მოქმედების გასაღები გაძლიერების გარემოში პოპულაციის ინვერსიის მიღწევაა. ეს ნიშნავს, რომ უფრო მეტი იონი იმყოფება აღგზნებულ მდგომარეობაში, ვიდრე ძირითად მდგომარეობაში.
სტიმულირებული ემისია:პოპულაციის ინვერსიის მიღწევის შემდეგ, აღგზნებულ და ძირითად მდგომარეობებს შორის ენერგეტიკული სხვაობის შესაბამისი ფოტონის შეყვანას შეუძლია აღგზნებული იონების ძირითად მდგომარეობაში დაბრუნების სტიმულირება, რაც ამ პროცესში ფოტონის გამოსხივებას გამოიწვევს.
ოპტიკური რეზონატორი
სარკეები: გამაძლიერებელი საშუალება მოთავსებულია ოპტიკურ რეზონატორში, რომელიც, როგორც წესი, წარმოიქმნება გარემოს თითოეულ ბოლოში განლაგებული ორი სარკისგან.
უკუკავშირი და გაძლიერება: ერთი სარკე ძლიერად ამრეკლავია, ხოლო მეორე - ნაწილობრივ. ფოტონები ამ სარკეებს შორის წინ და უკან ირხევა, რაც ასტიმულირებს მეტ გამოსხივებას და აძლიერებს სინათლეს.
ლაზერული გამოსხივება
კოჰერენტული სინათლე: გამოსხივებული ფოტონები კოჰერენტულია, რაც ნიშნავს, რომ ისინი ფაზაში არიან და აქვთ იგივე ტალღის სიგრძე.
გამომავალი: ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე ამ სინათლის ნაწილს საშუალებას აძლევს გაიაროს, რაც ქმნის ლაზერის სხივს, რომელიც გამოდის DPSS ლაზერიდან.
ტუმბოს გეომეტრია: გვერდითი და ბოლო ტუმბო
ტუმბოს მეთოდი | აღწერა | აპლიკაციები | უპირატესობები | გამოწვევები |
---|---|---|---|---|
გვერდითი ტუმბო | ტუმბოს სინათლე შეყვანილია ლაზერული გარემოს პერპენდიკულარულად | ღეროვანი ან ბოჭკოვანი ლაზერები | ტუმბოს სინათლის ერთგვაროვანი განაწილება, შესაფერისია მაღალი სიმძლავრის აპლიკაციებისთვის | არათანაბარი გაძლიერების განაწილება, სხივის დაბალი ხარისხი |
ამოტუმბვის დასრულება | ტუმბოს სინათლე მიმართულია იმავე ღერძის გასწვრივ, როგორც ლაზერული სხივი | მყარი მდგომარეობის ლაზერები, როგორიცაა Nd:YAG | ერთგვაროვანი განაწილება, სხივის უფრო მაღალი ხარისხი | რთული განლაგება, ნაკლებად ეფექტური სითბოს გაფრქვევა მაღალი სიმძლავრის ლაზერებში |
ეფექტური ტუმბოს სინათლის მოთხოვნები
მოთხოვნა | მნიშვნელობა | გავლენა/ბალანსი | დამატებითი შენიშვნები |
---|---|---|---|
სპექტრის შესაფერისობა | 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 ინტენსივობა ვერ მიაღწევს პოპულაციის ინვერსიას. | - |
სხივის ხარისხი | განსაკუთრებით კრიტიკულია ბოლოში ამოტუმბული ლაზერებისთვის | უზრუნველყოფს ეფექტურ შეერთებას და ხელს უწყობს გამოსხივებული ლაზერული სხივის ხარისხის გაუმჯობესებას | მაღალი სხივის ხარისხი გადამწყვეტია ტუმბოს სინათლისა და ლაზერული რეჟიმის ხმის სიმძლავრის ზუსტი გადაფარვისთვის. |
პოლარიზაცია | საჭიროა ანიზოტროპული თვისებების მქონე გარემოსთვის | ზრდის შთანთქმის ეფექტურობას და შეიძლება გავლენა მოახდინოს გამოსხივებული ლაზერული სინათლის პოლარიზაციაზე | შესაძლოა საჭირო გახდეს სპეციფიკური პოლარიზაციის მდგომარეობა |
ინტენსივობის ხმაური | დაბალი ხმაურის დონე გადამწყვეტია | ტუმბოს სინათლის ინტენსივობის რყევებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ლაზერული გამომავალი სიგნალის ხარისხსა და სტაბილურობაზე. | მნიშვნელოვანია მაღალი სტაბილურობისა და სიზუსტის მოთხოვნით აპლიკაციებისთვის |
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 1 დეკემბერი