הירשם למדיה החברתית שלנו לפוסט מהיר
במהותה, שאיבת לייזר היא תהליך המניעה של מדיום להשגת מצב בו הוא יכול לפלוט אור לייזר. בדרך כלל זה נעשה על ידי הזרקת אור או זרם חשמלי למדיום, מרגש את אטומיו ומוביל לפליטת אור קוהרנטי. תהליך יסוד זה התפתח באופן משמעותי מאז כניסתם של הלייזרים הראשונים באמצע המאה העשרים.
למרות שלעתים קרובות מדגם על ידי משוואות קצב, שאיבת לייזר היא ביסודו תהליך מכני קוונטי. זה כרוך באינטראקציות מורכבות בין פוטונים למבנה האטומי או המולקולרי של מדיום הרווח. מודלים מתקדמים שוקלים תופעות כמו תנודות ראבי, המספקות הבנה ניואנסית יותר של אינטראקציות אלה.
שאיבת לייזר היא תהליך בו אנרגיה, בדרך כלל בצורה של אור או זרם חשמלי, מסופקת למדיום הרווח של לייזר כדי להעלות את האטומים או המולקולות שלו למצבי אנרגיה גבוהים יותר. העברת אנרגיה זו חיונית להשגת היפוך אוכלוסייה, מצב בו יותר חלקיקים נרגשים מאשר במצב אנרגיה נמוך יותר, מה שמאפשר למדיום להגביר אור באמצעות פליטה מגורה. התהליך כרוך באינטראקציות קוונטיות מורכבות, לעיתים קרובות מדגם באמצעות משוואות קצב או מסגרות מכניות קוונטיות מתקדמות יותר. היבטי המפתח כוללים את הבחירה במקור המשאבה (כמו דיודות לייזר או מנורות פריקה), גיאומטריה של משאבה (שאיבת צד או קצה) ואופטימיזציה של מאפייני תאורת המשאבה (ספקטרום, עוצמה, איכות קרן, קיטוב) כך שתתאים לדרישות הספציפיות של מדיום הרווח. שאיבת לייזר היא בסיסית בסוגי לייזר שונים, כולל לייזרי מצב מוצק, מוליכים למחצה וגז, והיא חיונית לתפעול היעיל והיעיל של הלייזר.
זנים של לייזרים שאוב אופטיים
1. לייזרים במצב מוצק עם מבודדים מסוממים
· סקירה כללית:לייזרים אלה משתמשים במדיום מארח מבודד חשמלי ומסתמכים על שאיבה אופטית כדי להמריץ יונים פעילים בלייזר. דוגמה נפוצה היא Neodymium בלייזרי YAG.
·מחקר אחרון:מחקר שנערך על ידי A. antipov et al. דן בלייזר קרוב ל- IR של מצב מוצק לצורך שאיבה אופטית של חילופי ספין. מחקר זה מדגיש את ההתקדמות בטכנולוגיית לייזר במצב מוצק, במיוחד בספקטרום הקרוב אינפרא אדום, וזה חיוני ליישומים כמו הדמיה רפואית וטלקומוניקציה.
קריאה נוספת:לייזר קרוב- IR כמעט-IR לשאיבה אופטית לחילופי ספין
2. לייזרים מוליכים למחצה
·מידע כללי: בדרך כלל נשאבים חשמליים, לייזרים מוליכים למחצה יכולים להפיק תועלת גם משאיבה אופטית, במיוחד ביישומים הדורשים בהירות גבוהה, כגון לייזרים אנכיים של פני השטח החיצוניים החיצוניים (Vecsels).
·התפתחויות אחרונות: עבודתו של U. Keller על מסרקי תדרים אופטיים מלייזרים של אולטרה-סטאטי-מצב מוצק ומוליכים למחצה מספקת תובנות לגבי יצירת מסרקי תדרים יציבים מלייזרים של מדינת מוצק ומוליכים למחצה. קידום זה הוא משמעותי ליישומים במטרולוגיה של תדרים אופטיים.
קריאה נוספת:מסרקי תדרים אופטיים מלייזרים אולטרה-סטאטיים של מצב מוצק ומוליכים למחצה
3. לייזרי גז
·שאיבה אופטית בלייזרי גז: סוגים מסוימים של לייזרי גז, כמו לייזרי אדי אלקלי, משתמשים בשאיבה אופטית. לייזרים אלה משמשים לרוב ביישומים הדורשים מקורות אור קוהרנטיים עם תכונות ספציפיות.
מקורות לשאיבה אופטית
מנורות פריקה: נפוץ בלייזרים לשאיבת מנורה, מנורות פריקה משמשות לכוח הגבוה והספקטרום הרחב שלהם. YA Mandryko et al. פיתח מודל כוח של ייצור פריקת קשת דחף במנורות קסנון בשאיבה אופטית מדיה פעילה של לייזרים במצב מוצק. מודל זה עוזר לייעל את הביצועים של מנורות שאיבה של דחף, חיוני להפעלת לייזר יעילה.
דיודות לייזר:דיודות לייזר משמשות בלייזרים לשופטת דיודה, מציעים יתרונות כמו יעילות גבוהה, גודל קומפקטי והיכולת להיות מכוונת דק.
קריאה נוספת:מהו דיודת לייזר?
מנורות פלאש: מנורות פלאש הן מקורות אור אינטנסיביים, רחבים-ספקטרום המשמשים בדרך כלל לשאיבת לייזרים במצב מוצק, כמו אודם או ND: לייזרי YAG. הם מספקים פרץ אור בעוצמה גבוהה המלהיב את מדיום הלייזר.
מנורות קשת: בדומה למנורות פלאש אך מיועדות להפעלה רציפה, מנורות קשת מציעות מקור קבוע של אור אינטנסיבי. הם משמשים ביישומים בהם נדרשת פעולת לייזר גל רציף (CW).
נוריות LED (דיודות פולטות אור): אמנם לא נפוץ כמו דיודות לייזר, אך ניתן להשתמש בנוריות LED לשאיבה אופטית ביישומים מסוימים בעוצמה נמוכה. הם יתרון בגלל חייהם הארוכים, עלותם נמוכה וזמינות באורכי גל שונים.
אוֹר שֶׁמֶשׁ: בכמה מערכי ניסוי, אור שמש מרוכז שימש כמקור משאבה עבור לייזרים דופקים סולאריים. שיטה זו רותמת אנרגיה סולארית, מה שהופך אותה למקור מתחדש וחסכוני, אם כי היא פחות נשלטת ופחות אינטנסיבית בהשוואה למקורות אור מלאכותיים.
דיודות לייזר צמודות סיבים: אלה דיודות לייזר המשולבות לסיבים אופטיים, המספקים את אור המשאבה בצורה יעילה יותר למדיום הלייזר. שיטה זו שימושית במיוחד בלייזרי סיבים ובמצבים בהם משלוח מדויק של תאורת משאבה הוא קריטי.
לייזרים אחרים: לפעמים, לייזר אחד משמש לשאוב אחר. לדוגמה, ND מכוסה בתדר: לייזר YAG עשוי לשמש לשאיבת לייזר צבע. שיטה זו משמשת לרוב כאשר נדרשים אורכי גל ספציפיים לתהליך השאיבה שלא מושג בקלות עם מקורות אור קונבנציונליים.
לייזר של מדינת מוצק לשוטף דיודה
מקור אנרגיה ראשוני: התהליך מתחיל בלייזר דיודה המשמש כמקור המשאבה. לייזרי דיודה נבחרים ליעילותם, לגודל הקומפקטי והיכולת שלהם לפלוט אור באורכי גל ספציפיים.
אור משאבה:לייזר הדיודה פולט אור שנספג על ידי מדיום הרווח של המצב המוצק. אורך הגל של לייזר הדיודה מותאם להתאמה למאפייני הקליטה של מדיום הרווח.
מצב מוצקלהשיג בינוני
חוֹמֶר:אמצעי הרווח בלייזרי DPSS הוא בדרך כלל חומר במצב מוצק כמו ND: YAG (Garnet yttrium aluminum מסומם Neodymium), ND: YVO4 (Neodymium מסומם yttrium orttrium orthrium).
סמים:חומרים אלה מסוממים ביוני אדמה נדירים (כמו ND או YB), שהם יוני הלייזר הפעילים.
ספיגת אנרגיה ועירור:כאשר תאורת המשאבה מלייזר הדיודה נכנסת למדיום הרווח, יוני האדמה הנדירים סופגים אנרגיה זו ומתרגשים למצבי אנרגיה גבוהים יותר.
היפוך אוכלוסייה
השגת היפוך אוכלוסייה:המפתח לפעולה בלייזר הוא השגת היפוך אוכלוסייה במדיום הרווח. המשמעות היא שיותר יונים במצב נרגש מאשר במצב הקרקע.
פליטה מעוררת:לאחר השגת היפוך האוכלוסייה, הצגת פוטון המתאים להבדל האנרגיה בין מצבים נרגשים לקרקע יכולה לעורר את היונים הנרגשים לחזור למצב הקרקע, ולפלט פוטון בתהליך.
מהדהד אופטי
מראות: מדיום הרווח ממוקם בתוך מהודה אופטית, בדרך כלל נוצר על ידי שתי מראות בכל קצה המדיום.
משוב והגברה: אחת המראות רפלקטיבית מאוד, והשנייה משקפת חלקית. פוטונים מקפצים קדימה ואחורה בין מראות אלה, מגרים פליטות נוספות ומגבירים את האור.
פליטת לייזר
אור קוהרנטי: הפוטונים הנפלטים הם קוהרנטיים, כלומר הם נמצאים בשלב ובעלי אורך גל זהה.
פלט: המראה המשקפת חלקית מאפשרת לחלק מאור זה לעבור דרכה, ויוצרת את קרן הלייזר היוצאת מלייזר DPSS.
שאיבת גיאומטריות: צד לעומת שאיבה קצה
שיטת שאיבה | תֵאוּר | יישומים | יתרונות | אתגרים |
---|---|---|---|---|
שאיבה צדדית | אור משאבה הוצג בניצב למדיום הלייזר | לייזרי מוט או סיבים | חלוקה אחידה של תאורת משאבה, המתאימה ליישומים בעלי עוצמה גבוהה | חלוקת רווחים לא אחידה, איכות קרן נמוכה יותר |
סיום שאיבה | משאבה אור המכוונת לאורך אותו ציר כמו קרן הלייזר | לייזרים במצב מוצק כמו ND: YAG | חלוקת רווח אחידה, איכות קרן גבוהה יותר | יישור מורכב, פיזור חום פחות יעיל בלייזרים בעלי עוצמה גבוהה |
דרישות לאור משאבה יעיל
דְרִישָׁה | חֲשִׁיבוּת | השפעה/איזון | הערות נוספות |
---|---|---|---|
התאמת הספקטרום | אורך הגל חייב להתאים לספקטרום הקליטה של מדיום הלייזר | מבטיח ספיגה יעילה והיפוך אוכלוסייה יעיל | - |
עָצמָה | חייב להיות גבוה מספיק לרמת עירור רצויה | עוצמות גבוהות מדי עלולות לגרום נזק תרמי; נמוך מדי לא ישיג היפוך אוכלוסייה | - |
איכות קרן | קריטי במיוחד בלייזרים עם שפיכת קצה | מבטיח צימוד יעיל ותורם לאיכות קרן הלייזר הנפלטת | איכות קרן גבוהה היא מכריעה לחפיפה מדויקת של אור משאבה ונפח מצב לייזר |
קיטוב | נדרש לתקשורת עם נכסים אניסוטרופיים | משפר את יעילות הקליטה ויכול להשפיע על קיטוב אור לייזר הנפלט | יתכן שיהיה צורך במצב קיטוב ספציפי |
רעש עוצמה | רמות רעש נמוכות הן מכריעות | תנודות בעוצמת תאורת המשאבה יכולות להשפיע על איכות תפוקת הלייזר ויציבות | חשוב ליישומים הדורשים יציבות גבוהה ודיוק |
זמן ההודעה: דצמבר 01-2023