რა არის ოპტიკური ტუმბო ლაზერში?

გამოიწერეთ ჩვენი სოციალური მედია სწრაფი პოსტისთვის

მისი არსით, ლაზერული ტუმბო არის საშუალო ენერგიის მიღწევის პროცესი იმ მდგომარეობის მისაღწევად, სადაც მას შეუძლია ლაზერული შუქის გამოსხივება. ეს ჩვეულებრივ ხდება მსუბუქი ან ელექტრო დენის საშუალოზე ინექციით, ამაღელვებელი მისი ატომები და იწვევს თანმიმდევრული შუქის ემისიას. ეს ფუნდამენტური პროცესი მნიშვნელოვნად განვითარდა მე –20 საუკუნის შუა ხანებში პირველი ლაზერების მოსვლის შემდეგ.

მიუხედავად იმისა, რომ ხშირად მოდელირებულია განაკვეთის განტოლებებით, ლაზერული ტუმბო ფუნდამენტურად კვანტური მექანიკური პროცესია. იგი მოიცავს რთული ურთიერთქმედებებს ფოტონებსა და მომატების საშუალო ატომურ ან მოლეკულურ სტრუქტურას შორის. მოწინავე მოდელები მიიჩნევენ ფენომენებს, როგორიცაა რაბის რხევები, რომლებიც ამ ურთიერთქმედებების უფრო ნიუანსირებულ გაგებას იძლევა.

ლაზერული სატუმბი არის პროცესი, სადაც ენერგია, როგორც წესი, მსუბუქი ან ელექტრული დენის სახით, მიეწოდება ლაზერის მოგების საშუალებებს, რათა აამაღლოს თავისი ატომები ან მოლეკულები უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში. ეს ენერგიის გადაცემა გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს მოსახლეობის ინვერსიის მისაღწევად, სახელმწიფო, სადაც უფრო მეტი ნაწილაკი აღფრთოვანებულია, ვიდრე უფრო დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში, რაც საშუალებას აძლევს საშუალო გაძლიერდეს სინათლე სტიმულირებული ემისიის საშუალებით. პროცესი მოიცავს რთული კვანტური ურთიერთქმედებებს, ხშირად მოდელირებულია განაკვეთის განტოლებებით ან უფრო მოწინავე კვანტური მექანიკური ჩარჩოებით. საკვანძო ასპექტებში შედის ტუმბოს წყაროს არჩევანი (მაგალითად, ლაზერული დიოდები ან გამონადენის ნათურები), ტუმბოს გეომეტრია (გვერდითი ან ბოლო ტუმბო) და ტუმბოს მსუბუქი მახასიათებლების ოპტიმიზაცია (სპექტრი, ინტენსივობა, სხივის ხარისხი, პოლარიზაცია), რათა შეესაბამებოდეს მომატება საშუალო მოთხოვნებს. ლაზერული ტუმბო ფუნდამენტურია ლაზერული სხვადასხვა ტიპებში, მათ შორის მყარი სახელმწიფო, ნახევარგამტარული და გაზის ლაზერები და აუცილებელია ლაზერის ეფექტური და ეფექტური ოპერაციისთვის.

ოპტიკურად ტუმბოს ლაზერების ჯიშები

 

1. მყარი მდგომარეობის ლაზერები დოპედული იზოლატორებით

· მიმოხილვა:ეს ლაზერები იყენებენ ელექტრონულად საიზოლაციო მასპინძელ საშუალო და ეყრდნობიან ოპტიკურ ტუმბოს ლაზერული აქტიური იონების ენერგიის მისაღწევად. ჩვეულებრივი მაგალითია ნეოდიმიუმი YAG ლაზერებში.

·ბოლოდროინდელი კვლევა:A. Antipov et al. განიხილავს მყარი მდგომარეობის მახლობლად მდებარე IR ლაზერს სპინ-გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის. ეს კვლევა ხაზს უსვამს მყარი მდგომარეობის ლაზერული ტექნოლოგიის წინსვლას, განსაკუთრებით ახლო ინფრაწითელ სპექტრში, რაც გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს ისეთი პროგრამებისთვის, როგორიცაა სამედიცინო გამოსახულება და ტელეკომუნიკაცია.

შემდგომი კითხვა:მყარი სახელმწიფო მახლობლად IR ლაზერისთვის სპინ-გაცვლის ოპტიკური ტუმბოსთვის

2. ნახევარგამტარული ლაზერები

·ზოგადი ინფორმაცია: ჩვეულებრივ, ელექტრული ტუმბოს, ნახევარგამტარული ლაზერებს ასევე შეუძლიათ ისარგებლონ ოპტიკური ტუმბოებით, განსაკუთრებით პროგრამებში, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სიკაშკაშეს, მაგალითად, ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერებს (VECSELS).

·ბოლოდროინდელი მოვლენები: U. Keller– ის მუშაობა ოპტიკური სიხშირის სავარცხლებზე ულტრაბგერითი მყარი მდგომარეობიდან და ნახევარგამტარული ლაზერიდან უზრუნველყოფს სტაბილური სიხშირის სავარცხლების წარმოქმნას დიოდური ტუმბოს მყარი მდგომარეობიდან და ნახევარგამტარული ლაზერებისგან. ეს წინსვლა მნიშვნელოვანია ოპტიკური სიხშირის მეტროლოგიის პროგრამებში.

შემდგომი კითხვა:ოპტიკური სიხშირის სავარცხლები ულტრაფასტის მყარი მდგომარეობიდან და ნახევარგამტარული ლაზერიდან

3. გაზის ლაზერები

·ოპტიკური ტუმბო გაზის ლაზერებში: გაზის ლაზერების გარკვეული ტიპები, ტუტე ორთქლის ლაზერების მსგავსად, იყენებენ ოპტიკურ ტუმბოს. ეს ლაზერები ხშირად გამოიყენება პროგრამებში, რომლებიც მოითხოვს თანმიმდევრული შუქის წყაროებს, რომელთაც აქვთ სპეციფიკური თვისებები.

 

 

წყაროები ოპტიკური ტუმბოსთვის

გამონადენის ნათურები: გავრცელებულია ნათურების ტუმბოს ლაზერებში, გამონადენის ნათურები გამოიყენება მათი მაღალი სიმძლავრისთვის და ფართო სპექტრისთვის. Ya Mandryko et al. შეიმუშავა იმპულსური რკალის გამონადენის წარმოქმნის ენერგიის მოდელი აქტიური მედიის ოპტიკურ სატუმბი ქსენონის ნათურების მყარი მდგომარეობის ლაზერებში. ეს მოდელი ხელს უწყობს იმპულსური სატუმბი ნათურების შესრულების ოპტიმიზაციას, რაც გადამწყვეტია ლაზერული ეფექტური ოპერაციისთვის.

ლაზერული დიოდები:დიოდური ტუმბოს ლაზერებში გამოყენებული, ლაზერული დიოდები გთავაზობთ უპირატესობებს, როგორიცაა მაღალი ეფექტურობა, კომპაქტური ზომა და წვრილად მორგების უნარი.

შემდგომი კითხვა:რა არის ლაზერული დიოდი?

Flash ნათურები: Flash ნათურები არის ინტენსიური, ფართო სპექტრის მსუბუქი წყაროები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება მყარი მდგომარეობის ლაზერების, მაგალითად, Ruby ან ND: YAG ლაზერების დასამზადებლად. ისინი უზრუნველყოფენ მაღალი ინტენსივობის შუქს, რომელიც აღფრთოვანებს ლაზერულ საშუალებებს.

რკალის ნათურები: Flash ნათურების მსგავსად, მაგრამ განკუთვნილია უწყვეტი ოპერაციისთვის, რკალის ნათურები გთავაზობთ ინტენსიური შუქის მუდმივ წყაროს. ისინი გამოიყენება პროგრამებში, სადაც საჭიროა უწყვეტი ტალღის (CW) ლაზერული ოპერაცია.

LEDS (სინათლის გამოსხივების დიოდები): მიუხედავად იმისა, რომ არც ისე გავრცელებულია, როგორც ლაზერული დიოდები, LED- ები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური ტუმბოსთვის გარკვეულ დაბალი ენერგიის პროგრამებში. ისინი ხელსაყრელია მათი ხანგრძლივი ცხოვრების, დაბალი ღირებულების და სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ხელმისაწვდომობის გამო.

მზის შუქი: ზოგიერთ ექსპერიმენტულ კონფიგურაციაში, მზის კონცენტრირებული შუქი გამოიყენება, როგორც ტუმბოს წყარო მზის ტუმბოს ლაზერებისთვის. ეს მეთოდი ახდენს მზის ენერგიას, რაც მას განახლებადი და ეფექტური წყაროს გახდის, თუმცა ის ნაკლებად კონტროლირებადი და ნაკლებად ინტენსიურია ხელოვნური შუქის წყაროებთან შედარებით.

ბოჭკოვანი ლაზერული დიოდები: ეს არის ლაზერული დიოდები, რომლებიც შედის ოპტიკურ ბოჭკოებთან, რომლებიც ტუმბოს შუქს უფრო ეფექტურად აწვდიან ლაზერულ საშუალებს. ეს მეთოდი განსაკუთრებით სასარგებლოა ბოჭკოვანი ლაზერებში და იმ სიტუაციებში, როდესაც ტუმბოს შუქის ზუსტი მიწოდება გადამწყვეტია.

სხვა ლაზერები: ზოგჯერ, ერთი ლაზერი გამოიყენება მეორეს ტუმბოსთვის. მაგალითად, სიხშირე-გაჟღენთილი ND: YAG ლაზერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას საღებავის ლაზერის მოსაწყობად. ეს მეთოდი ხშირად გამოიყენება, როდესაც სპეციფიკური ტალღის სიგრძეა საჭირო სატუმბი პროცესისთვის, რომელიც ადვილად ვერ მიიღწევა ჩვეულებრივი შუქის წყაროებით. 

 

დიოდური ტუმბოს მყარი მდგომარეობის ლაზერი

საწყისი ენერგიის წყარო: პროცესი იწყება დიოდური ლაზერით, რომელიც ემსახურება ტუმბოს წყაროს. დიოდური ლაზერები შეირჩევა მათი ეფექტურობისთვის, კომპაქტური ზომისა და სპეციფიკური ტალღების სიგრძეზე შუქის გამოსხივების უნარით.

ტუმბოს შუქი:დიოდური ლაზერი ასხივებს შუქს, რომელიც შეიწოვება მყარი მდგომარეობის მომატებით. დიოდური ლაზერის ტალღის სიგრძე მორგებულია, რომ შეესაბამებოდეს მოგების საშუალო შთანთქმის მახასიათებლებს.

მყარი სახელმწიფოსაშუალო საშუალება

მასალა:DPSS ლაზერების მომატება, როგორც წესი, მყარი მდგომარეობის მასალაა, როგორიცაა ND: YAG (Neodymium-Doped Yttrium Aluminum Garnet), ND: YVO4 (Neodymium-Doped Yttrium orthovanadate), ან YB: yag (ytterbium-doped yttrium aluminum garnet)).

დოპინგი:ეს მასალები არის იშვიათი დედამიწის იონებით (მაგალითად, ND ან YB), რომლებიც აქტიური ლაზერული იონებია.

 

ენერგიის შეწოვა და აგზნება:როდესაც დიოდური ლაზერისგან ტუმბოს შუქი შედის მოგების საშუალო, იშვიათი დედამიწის იონები შთანთქავენ ამ ენერგიას და აღფრთოვანებულნი არიან უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში.

მოსახლეობის ინვერსია

მოსახლეობის ინვერსიის მიღწევა:ლაზერული მოქმედების გასაღები არის მოსახლეობის ინვერსიის მიღწევა მოგების საშუალებებში. ეს ნიშნავს, რომ უფრო მეტი იონი აღფრთოვანებულ მდგომარეობაშია, ვიდრე მიწის მდგომარეობაში.

სტიმულირებული ემისია:მას შემდეგ, რაც მოსახლეობის ინვერსია მიიღწევა, აღელვებული და სახმელეთო სახელმწიფოებს შორის ენერგეტიკული განსხვავების შესაბამისი ფოტონის დანერგვას შეუძლია აღელვებული იონების სტიმულირება მიწის მდგომარეობაში დაბრუნებისას, ამ პროცესში ფოტონის ასხივებლად.

 

ოპტიკური რეზონატორი

სარკეები: მოგების საშუალო მოთავსებულია ოპტიკური რეზონატორის შიგნით, რომელიც, როგორც წესი, წარმოიქმნება ორი სარკის საშუალებით, საშუალოზე თითოეულ ბოლოში.

უკუკავშირი და გამაძლიერებელი: ერთი სარკე ძალზე ამრეკლავია, მეორე კი ნაწილობრივ ამრეკლავი. ფოტონები ამ სარკეებს შორის უკან და უკან იხევენ, უფრო მეტ ემისიას ასტიმულირებენ და შუქის გამაძლიერებენ.

 

ლაზერული ემისია

თანმიმდევრული შუქი: ასხივებენ ფოტონებს თანმიმდევრული, რაც იმას ნიშნავს, რომ ისინი ფაზაში არიან და აქვთ იგივე ტალღის სიგრძე.

გამოსავალი: ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკე საშუალებას აძლევს ამ შუქის გავლას, შექმნას ლაზერული სხივი, რომელიც გადის DPSS ლაზერს.

 

სატუმბი გეომეტრიები: მხარე წინააღმდეგ ბოლო ტუმბო

 

სატუმბი მეთოდი აღწერილობა პროგრამები უპირატესობები გამოწვევები
გვერდითი სატუმბი ტუმბოს შუქმა ლაზერულ საშუალოზე პერპენდიკულურად შემოიტანა როდ ან ბოჭკოვანი ლაზერები ტუმბოს შუქის ერთიანი განაწილება, შესაფერისი მაღალი ენერგიის პროგრამებისთვის არაორდინალური მოგების განაწილება, სხივის დაბალი ხარისხი
ბოლოს სატუმბი ტუმბოს შუქი მიმართულია იმავე ღერძის გასწვრივ, როგორც ლაზერის სხივი მყარი მდგომარეობის ლაზერები, როგორიცაა nd: yag ერთიანი მოგების განაწილება, სხივის უფრო მაღალი ხარისხი რთული გასწორება, ნაკლებად ეფექტური სითბოს დაშლა მაღალი სიმძლავრის ლაზერებში

მოთხოვნები ეფექტური ტუმბოს შუქისთვის

 

მოთხოვნა მნიშვნელობა გავლენა/ბალანსი დამატებითი შენიშვნები
სპექტრის ვარგისიანობა ტალღის სიგრძე უნდა შეესაბამებოდეს ლაზერული საშუალო შთანთქმის სპექტრს უზრუნველყოფს ეფექტურად შეწოვასა და მოსახლეობის ეფექტურ ინვერსიას -
გაძლიერება საკმარისად მაღალი უნდა იყოს სასურველი აგზნების დონისთვის ზედმეტად მაღალი ინტენსივობამ შეიძლება გამოიწვიოს თერმული დაზიანება; ძალიან დაბალი ვერ მიაღწევს მოსახლეობის ინვერსიას -
სხივის ხარისხი განსაკუთრებით კრიტიკული ლაზერების ბოლოს უზრუნველყოფს ეფექტურ დაწყვილებას და ხელს უწყობს ლაზერული სხივის ხარისხს სხივის მაღალი ხარისხი გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს ტუმბოს შუქისა და ლაზერული რეჟიმის მოცულობის ზუსტი გადახურვისთვის
პოლარიზაცია საჭიროა ანისოტროპული თვისებების მქონე მედიისთვის აძლიერებს შთანთქმის ეფექტურობას და შეიძლება გავლენა იქონიოს ლაზერული მსუბუქი პოლარიზაციაზე შეიძლება საჭირო გახდეს სპეციფიკური პოლარიზაციის მდგომარეობა
ინტენსივობის ხმაური ხმაურის დაბალი დონე გადამწყვეტია ტუმბოს შუქის ინტენსივობის რყევამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს ლაზერული გამომავალი ხარისხზე და სტაბილურობაზე მნიშვნელოვანია პროგრამებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სტაბილურობას და სიზუსტეს
დაკავშირებული ლაზერული პროგრამა
დაკავშირებული პროდუქტები

პოსტის დრო: დეკ. -01-2023