מהי שאיבה אופטית בלייזר?

הירשם למדיה החברתית שלנו לקבלת פוסט מהיר

במהותו, שאיבת לייזר היא תהליך של הפעלת תווך כדי להגיע למצב שבו הוא יכול לפלוט אור לייזר.זה נעשה בדרך כלל על ידי הזרקת אור או זרם חשמלי למדיום, מרגש את האטומים שלו ומוביל לפליטת אור קוהרנטי.תהליך יסוד זה התפתח באופן משמעותי מאז הופעת הלייזרים הראשונים באמצע המאה ה-20.

למרות שלעתים קרובות מודלים על ידי משוואות קצב, שאיבת לייזר היא ביסודה תהליך מכני קוונטי.זה כרוך באינטראקציות מורכבות בין פוטונים למבנה האטומי או המולקולרי של מדיום הרווח.מודלים מתקדמים לוקחים בחשבון תופעות כמו תנודות רבי, המספקות הבנה ניואנסית יותר של אינטראקציות אלה.

שאיבת לייזר היא תהליך שבו אנרגיה, בדרך כלל בצורה של אור או זרם חשמלי, מסופקת למדיום הרווח של הלייזר כדי להעלות את האטומים או המולקולות שלו למצבי אנרגיה גבוהים יותר.העברת אנרגיה זו חיונית להשגת היפוך אוכלוסייה, מצב שבו יותר חלקיקים נרגשים מאשר במצב אנרגיה נמוך יותר, מה שמאפשר למדיום להגביר את האור באמצעות פליטה מעוררת.התהליך כרוך באינטראקציות קוונטיות מורכבות, המיוצרות לרוב באמצעות משוואות קצב או מסגרות מכניות קוונטיות מתקדמות יותר.היבטים מרכזיים כוללים את בחירת מקור המשאבה (כמו דיודות לייזר או מנורות פריקה), גיאומטריית המשאבה (שאיבה צדדית או קצה), ואופטימיזציה של מאפייני אור המשאבה (ספקטרום, עוצמה, איכות קרן, קיטוב) כדי להתאים לדרישות הספציפיות של רווח בינוני.שאיבת לייזר היא בסיסית בסוגי לייזר שונים, לרבות לייזר מוצק, מוליכים למחצה וגז, והיא חיונית לפעולה יעילה ויעילה של הלייזר.

זנים של לייזרים שאובים אופטית

 

1. לייזרים במצב מוצק עם מבודדים מסוממים

· סקירה כללית:לייזרים אלה משתמשים בתווך מארח מבודד חשמלי ומסתמכים על שאיבה אופטית כדי להמריץ יונים פעילים בלייזר.דוגמה נפוצה היא ניאודימיום בלייזרי YAG.

·מחקר אחרון:מחקר של A. Antipov et al.דן בלייזר ליד IR במצב מוצק עבור שאיבה אופטית בחילופי ספין.מחקר זה מדגיש את ההתקדמות בטכנולוגיית לייזר במצב מוצק, במיוחד בספקטרום הקרוב לאינפרא אדום, שהוא חיוני עבור יישומים כמו הדמיה רפואית וטלקומוניקציה.

לקריאה נוספת:לייזר קרוב ל-IR במצב מוצק עבור שאיבה אופטית ב-Spin-Exchange

2. לייזרים מוליכים למחצה

·מידע כללי: לייזרים מוליכים למחצה, בדרך כלל נשאבים חשמלית, יכולים להפיק תועלת משאיבה אופטית, במיוחד ביישומים הדורשים בהירות גבוהה, כגון לייזרים פולטי משטחים פליטי חלל חיצוני (VECSEL).

·פיתוחים אחרונים: עבודתו של יו. קלר על מסרקות תדר אופטיות מלייזרים מהירים במיוחד של מצב מוצק ומוליכים למחצה מספקת תובנות לגבי יצירת מסרקות תדר יציבות מלייזרים מוצקים ומוליכים למחצה.התקדמות זו משמעותית עבור יישומים במטרולוגיה בתדר אופטי.

לקריאה נוספת:מסרקות תדר אופטיות מלייזרים מהירים במיוחד של מצב מוצק ומוליכים למחצה

3. לייזרים גז

·שאיבה אופטית בלייזרי גז: סוגים מסוימים של לייזר גז, כמו לייזרים אדים אלקליים, משתמשים בשאיבה אופטית.לייזרים אלה משמשים לעתים קרובות ביישומים הדורשים מקורות אור קוהרנטיים בעלי תכונות ספציפיות.

 

 

מקורות לשאיבה אופטית

מנורות פריקה: נפוצות בלייזרים נשאבים מנורות, מנורות פריקה משמשות בשל ההספק הגבוה והספקטרום הרחב שלהן.י.א. מנדריקו ואח'.פיתח מודל כוח של יצירת פריקת קשת דחף במנורות קסנון שאיבה אופטית של מדיה אקטיבית של לייזרים במצב מוצק.מודל זה עוזר לייעל את הביצועים של מנורות שאיבת דחף, חיוניות לפעולת לייזר יעילה.

דיודות לייזר:בשימוש בלייזרים נשאבים דיודה, דיודות לייזר מציעות יתרונות כמו יעילות גבוהה, גודל קומפקטי ויכולת להיות מכוונן עדין.

לקריאה נוספת:מהי דיודת לייזר

מנורות פלאש: מנורות פלאש הן מקורות אור עזים עם ספקטרום רחב המשמשים בדרך כלל לשאיבת לייזרים במצב מוצק, כגון לייזרים רובי או Nd:YAG.הם מספקים פרץ אור בעוצמה גבוהה שמלהיב את מדיום הלייזר.

מנורות קשת: בדומה למנורות הבזק אך מיועדות לפעולה רציפה, מנורות קשת מציעות מקור יציב של אור עז.הם משמשים ביישומים שבהם נדרשת פעולת לייזר גל מתמשך (CW).

נוריות (דיודות פולטות אור): למרות שאינן נפוצות כמו דיודות לייזר, נוריות LED יכולות לשמש לשאיבה אופטית ביישומים מסוימים עם הספק נמוך.הם מועילים בשל אורך החיים הארוך, העלות הנמוכה והזמינות שלהם באורכי גל שונים.

אוֹר שֶׁמֶשׁ: בכמה מערכי ניסוי, אור שמש מרוכז שימש כמקור משאבה ללייזרים שאובים סולארית.שיטה זו רותמת את האנרגיה הסולארית, מה שהופך אותה למקור מתחדש וחסכוני, אם כי היא פחות ניתנת לשליטה ופחות אינטנסיבית בהשוואה למקורות אור מלאכותיים.

דיודות לייזר מצמדות סיבים: אלו הן דיודות לייזר המחוברות לסיבים אופטיים, המספקות את אור המשאבה בצורה יעילה יותר למדיום הלייזר.שיטה זו שימושית במיוחד בלייזרי סיבים ובמצבים בהם אספקה ​​מדויקת של אור המשאבה חיונית.

לייזרים אחרים: לפעמים משתמשים בלייזר אחד כדי לשאוב אחר.לדוגמה, ניתן להשתמש בלייזר Nd: YAG מוכפל בתדר כדי לשאוב לייזר צבע.שיטה זו משמשת לעתים קרובות כאשר אורכי גל ספציפיים נדרשים לתהליך השאיבה שאינו מושג בקלות עם מקורות אור קונבנציונליים. 

 

לייזר במצב מוצק שאוב דיודה

מקור אנרגיה ראשוני: התהליך מתחיל בלייזר דיודה, המשמש כמקור המשאבה.לייזרים דיודות נבחרים בשל יעילותם, גודלם הקומפקטי ויכולתם לפלוט אור באורכי גל ספציפיים.

אור משאבה:לייזר הדיודה פולט אור הנספג על ידי מדיום ההגברה של המצב המוצק.אורך הגל של לייזר הדיודה מותאם כך שיתאים למאפייני הקליטה של ​​מדיום הרווח.

מצב מוצקרווח בינוני

חוֹמֶר:מדיום הרווח בלייזרי DPSS הוא בדרך כלל חומר מוצק כמו Nd:YAG (נופך איטריום אלומיניום עם סימום ניאודימיום), Nd:YVO4 (איטריום אורטובנאדאט עם ניאודימיום), או Yb:YAG (נופך איטריום אלומיניום עם איטריום איטרביום).

סמים:חומרים אלה מסוממים ביוני אדמה נדירים (כמו Nd או Yb), שהם יוני הלייזר הפעילים.

 

ספיגת אנרגיה ועירור:כאשר אור המשאבה מלייזר הדיודה נכנס למדיום הרווח, יוני כדור הארץ הנדירים סופגים אנרגיה זו ומתרגשים למצבי אנרגיה גבוהים יותר.

היפוך האוכלוסייה

השגת היפוך אוכלוסייה:המפתח לפעולת לייזר הוא השגת היפוך אוכלוסיה במדיום הרווח.משמעות הדבר היא שיותר יונים נמצאים במצב נרגש מאשר במצב הקרקע.

פליטה מעוררת:לאחר השגת היפוך אוכלוסיה, הכנסת פוטון התואם להבדל האנרגיה בין המצב הנרגש לקרקע יכולה לעורר את היונים הנרגשים לחזור למצב הקרקע, תוך פליטת פוטון בתהליך.

 

תהודה אופטית

מראות: מדיום ההגבר ממוקם בתוך מהוד אופטי, שנוצר בדרך כלל על ידי שתי מראות בכל קצה של המדיום.

משוב והגברה: אחת המראות משקפת מאוד, והשנייה משקפת חלקית.פוטונים קופצים קדימה ואחורה בין המראות הללו, מעוררים פליטות נוספות ומגבירים את האור.

 

פליטת לייזר

אור קוהרנטי: הפוטונים הנפלטים הם קוהרנטיים, כלומר הם בשלבים ובעלי אותו אורך גל.

פלט: המראה הרפלקטיבית חלקית מאפשרת לחלק מהאור הזה לעבור דרכה, ויוצרת את קרן הלייזר היוצאת מהלייזר DPSS.

 

גיאומטריות שאיבה: שאיבה בצד לעומת סוף

 

שיטת השאיבה תיאור יישומים יתרונות אתגרים
שאיבה בצד אור משאבה מוכנס בניצב למדיום הלייזר לייזרים מוט או סיבים חלוקה אחידה של אור משאבה, מתאים ליישומים בעלי הספק גבוה חלוקת רווח לא אחידה, איכות אלומה נמוכה יותר
סוף לשאיבה אור משאבה מכוון לאורך אותו ציר כמו קרן הלייזר לייזרים במצב מוצק כמו Nd:YAG חלוקת רווח אחידה, איכות אלומה גבוהה יותר יישור מורכב, פיזור חום פחות יעיל בלייזרים בעלי הספק גבוה

דרישות לאור משאבה יעיל

 

דְרִישָׁה חֲשִׁיבוּת השפעה/איזון הערות נוספות
התאמת ספקטרום אורך הגל חייב להתאים לספקטרום הקליטה של ​​מדיום הלייזר מבטיח קליטה יעילה והיפוך אוכלוסין יעיל -
עָצמָה חייב להיות גבוה מספיק לרמת הגירוי הרצויה עוצמות גבוהות מדי עלולות לגרום לנזק תרמי;נמוך מדי לא ישיג היפוך אוכלוסיה -
איכות קרן קריטי במיוחד בלייזרים שאובים קצה מבטיח צימוד יעיל ותורם לאיכות קרן הלייזר הנפלטת איכות קרן גבוהה חיונית לחפיפה מדויקת של אור המשאבה ונפח מצב לייזר
קיטוב נדרש עבור מדיה עם תכונות אנזוטרופיות משפר את יעילות הספיגה ויכול להשפיע על קיטוב אור הלייזר הנפלט מצב קיטוב ספציפי עשוי להיות נחוץ
עוצמת רעש רמות רעש נמוכות הן קריטיות תנודות בעוצמת אור המשאבה יכולות להשפיע על איכות ויציבות פלט הלייזר חשוב ליישומים הדורשים יציבות ודיוק גבוהים
יישום לייזר קשור
מוצרים קשורים

זמן פרסום: דצמבר-01-2023