Harpidetu gure sare sozialetara argitalpen azkarrak jasotzeko
Funtsean, laser ponpaketa medio bat energiaz hornitzeko prozesua da, laser argia igortzeko gai den egoerara iristeko. Horretarako, normalean, argia edo korronte elektrikoa medioan injektatzen da, haren atomoak kitzikatuz eta argi koherentearen igorpena eraginez. Oinarrizko prozesu hau nabarmen eboluzionatu da XX. mendearen erdialdean lehen laserrak agertu zirenetik.
Askotan abiadura-ekuazioen bidez modelatzen den arren, laser ponpaketa funtsean prozesu mekaniko kuantiko bat da. Fotoien eta irabazi-ingurunearen egitura atomiko edo molekularraren arteko elkarrekintza korapilatsuak dakartza. Eredu aurreratuek Rabi oszilazioak bezalako fenomenoak hartzen dituzte kontuan, elkarrekintza horien ulermen ñabarduratsuagoa eskaintzen dutenak.
Laser bidezko ponpaketa laser baten irabazi-inguruneari energia ematen zaion prozesu bat da, normalean argi edo korronte elektriko moduan, atomoak edo molekulak energia-egoera handiagoetara igotzeko. Energia-transferentzia hau funtsezkoa da populazio-inbertsioa lortzeko, hau da, partikula gehiago kitzikatzen diren egoera bat energia-egoera txikiago batean baino, eta horrek medioari argia anplifikatzea ahalbidetzen dio emisio estimulatuaren bidez. Prozesuak elkarrekintza kuantiko konplexuak dakartza, askotan abiadura-ekuazioen edo mekanika kuantikoko esparru aurreratuagoen bidez modelatuta. Alderdi nagusien artean daude ponpaketa-iturriaren aukera (laser diodoak edo deskarga-lanparak bezala), ponpaketa-geometria (alboko edo muturreko ponpaketa) eta ponpaketa-argiaren ezaugarrien optimizazioa (espektroa, intentsitatea, izpiaren kalitatea, polarizazioa) irabazi-ingurunearen eskakizun espezifikoetara egokitzeko. Laser bidezko ponpaketa funtsezkoa da hainbat laser motatan, besteak beste, egoera solidoko, erdieroaleko eta gaseko laserretan, eta ezinbestekoa da laserraren funtzionamendu eraginkor eta efizienterako.
Optikoki ponpatutako laserren barietateak
1. Isolatzaile dopatuak dituzten egoera solidoko laserrak
· Orokorra:Laser hauek elektrikoki isolatzen duen ostalari-ingurune bat erabiltzen dute eta ponpaketa optikoan oinarritzen dira laser-ioi aktiboak energia emateko. Adibide ohikoa YAG laserretan dagoen neodimioa da.
·Azken ikerketak:A. Antipov et al.-ek egindako ikerketa batek spin-trukea ponpaketa optikorako egoera solidoko laser infragorri hurbil bat aztertzen du. Ikerketa honek egoera solidoko laser teknologian izandako aurrerapenak nabarmentzen ditu, batez ere infragorri hurbileko espektroan, eta hori funtsezkoa da irudi medikoak eta telekomunikazioak bezalako aplikazioetarako.
Irakurketa gehiago:Spin-Truke Ponpaketa Optikorako Egoera Solidoko Laser Hurbileko IR bat
2. Erdieroale laserrak
·Informazio orokorra: Normalean elektrikoki ponpatutako erdieroale laserrek ponpaketa optikoaz ere etekina atera dezakete, batez ere distira handia behar duten aplikazioetan, hala nola VECSEL (Bertikal Kanpoko Barrunbearen Gainazaleko Igorpen Laserretan).
·Azken Garapenak: U. Keller-ek ultra-azkarreko egoera solidoko eta erdieroaleko laserretatik lortutako maiztasun-orrazi optikoei buruz egindako lanak diodo bidez ponpatutako egoera solidoko eta erdieroaleko laserretatik maiztasun-orrazi egonkorrak sortzeko informazioa ematen du. Aurrerapen hau esanguratsua da metrologia optikoko aplikazioetarako.
Irakurketa gehiago:Laser ultra-azkarretako egoera solidoko eta erdieroaleko maiztasun-orrazi optikoak
3. Gas laserrak
·Gas laserren ponpaketa optikoa: Gas laser mota batzuek, hala nola lurrun alkalino laserrek, ponpaketa optikoa erabiltzen dute. Laser hauek askotan propietate espezifikoak dituzten argi iturri koherenteak behar dituzten aplikazioetan erabiltzen dira.
Ponpaketa optikorako iturriak
Deskarga-lanparakLanpara-ponpaketa bidezko laserretan ohikoak diren deskarga-lanparak potentzia handiagatik eta espektro zabalagatik erabiltzen dira. YA Mandryko et al.-ek egoera solidoko laserretan xenon-lanpara optiko ponpatzaile aktiboetan bulkada-arkuaren deskarga-sorkuntzaren potentzia-eredu bat garatu zuten. Eredu honek bulkada-ponpaketa lanparen errendimendua optimizatzen laguntzen du, eta hori funtsezkoa da laserren funtzionamendu eraginkorrerako.
Laser diodoak:Diodoz ponpatutako laserretan erabilita, laser diodoek abantailak eskaintzen dituzte, hala nola eraginkortasun handia, tamaina trinkoa eta fin-fin doitzeko gaitasuna.
Irakurketa gehiago:zer da laser diodo bat?
Flash lanparakFlash lanparak argi-iturri bizi eta espektro zabalekoak dira, normalean egoera solidoko laserrak ponpatzeko erabiltzen direnak, hala nola errubi edo Nd:YAG laserrak. Argi-eztanda intentsitate handikoa ematen dute, laser-inguruneari kitzikatzen diona.
Arku-lanparakFlash lanparen antzekoak, baina etengabeko funtzionamendurako diseinatuak, arku-lanparek argi biziaren iturri egonkorra eskaintzen dute. Uhin jarraituko (CW) laser funtzionamendua behar den aplikazioetan erabiltzen dira.
LEDak (argi-igorle diodoak)Laser diodoak bezain ohikoak ez diren arren, LEDak potentzia txikiko aplikazio batzuetan ponpaketa optikorako erabil daitezke. Abantailagarriak dira beren bizitza luzeagatik, kostu txikiagatik eta uhin-luzera desberdinetan eskuragarri daudelako.
Eguzki-argiaZenbait esperimentu-konfiguraziotan, eguzki-argia kontzentratua erabili da eguzki-ponpaketa bidezko laserretarako ponpaketa-iturri gisa. Metodo honek eguzki-energia aprobetxatzen du, iturri berriztagarri eta kostu-eraginkor bihurtuz, nahiz eta argi-iturri artifizialekin alderatuta kontrolaezina eta intentsitate gutxiagokoa den.
Zuntz-akoplatutako laser diodoakZuntz optikoei akoplatutako laser diodoak dira, ponpaketa-argia eraginkorrago helarazten dutenak laser mediora. Metodo hau bereziki erabilgarria da zuntz laserretan eta ponpaketa-argiaren zehaztasuna ezinbestekoa den egoeretan.
Beste laserrakBatzuetan, laser bat beste bat ponpatzeko erabiltzen da. Adibidez, maiztasun bikoiztuko Nd: YAG laser bat erabil daiteke koloratzaile laser bat ponpatzeko. Metodo hau askotan erabiltzen da ponpaketa prozesurako uhin-luzera espezifikoak behar direnean, eta hori ez da erraz lortzen ohiko argi-iturriekin.
Diodoz ponpatutako egoera solidoko laserra
Hasierako energia iturriaProzesua ponpaketa-iturri gisa balio duen diodo laser batekin hasten da. Diodo laserrak beren eraginkortasunagatik, tamaina trinkoagatik eta uhin-luzera espezifikoetan argia igortzeko gaitasunagatik aukeratzen dira.
Ponpa-argia:Diodo laserrak argia igortzen du, eta argia xurgatzen du egoera solidoko irabazi-euskarriek. Diodo laserraren uhin-luzera irabazi-euskarriaren xurgapen-ezaugarrietara egokitzen da.
Egoera solidoaIrabazi Ertaina
Materiala:DPSS laserren irabazi-euskarria normalean egoera solidoko material bat da, hala nola Nd:YAG (neodimioz dopatutako itrio aluminio granatea), Nd:YVO4 (neodimioz dopatutako itrio ortovanadatoa) edo Yb:YAG (iterbioz dopatutako itrio aluminio granatea).
Dopina:Material hauek lur arraroen ioiekin dopatuta daude (Nd edo Yb bezalakoak), eta hauek dira laser ioi aktiboak.
Energiaren xurgapena eta kitzikapena:Diodo laserretik datorren ponpaketa-argia irabazi-ingurunera sartzen denean, lur arraroen ioiek energia hori xurgatzen dute eta energia-egoera handiagoetara kitzikatzen dira.
Biztanleriaren inbertsioa
Biztanleriaren alderantzikatzea lortzea:Laser ekintzaren gakoa irabazi-ingurunean populazio-inbertsioa lortzea da. Horrek esan nahi du ioi gehiago daudela egoera kitzikatuan oinarrizko egoeran baino.
Emisio estimulatua:Behin populazio-inbertsioa lortuta, kitzikatutako eta oinarrizko egoeraren arteko energia-diferentziari dagokion fotoi bat sartzeak ioi kitzikatuak oinarrizko egoerara itzultzera estimula ditzake, prozesuan fotoi bat igorriz.
Erresonadore optikoa
Ispiluak: Irabazi-euskarria erresonadore optiko baten barruan kokatzen da, normalean euskarriaren mutur bakoitzean bi ispiluk osatua.
Atzeraelikadura eta Anplifikazioa: Ispiluetako bat oso islatzailea da, eta bestea partzialki islatzailea. Fotoiek ispilu hauen artean errebotatzen dute aurrera eta atzera, emisio gehiago estimulatuz eta argia anplifikatuz.
Laser Igorpena
Argi Koherentea: Igortzen diren fotoiak koherenteak dira, hau da, fasean daude eta uhin-luzera bera dute.
Irteera: Ispilu partzialki islatzaileak argi horren zati bat igarotzen uzten du, DPSS laserretik irteten den laser izpia osatuz.
Ponpaketa Geometriak: Alboko vs. Muturreko Ponpaketa
| Ponpaketa metodoa | Deskribapena | Aplikazioak | Abantailak | Erronkak |
|---|---|---|---|---|
| Alboko ponpaketa | Ponpa-argia laser-euskarriarekiko perpendikularrean sartuta | Barra edo zuntz laserrak | Ponpa-argiaren banaketa uniformea, potentzia handiko aplikazioetarako egokia | Irabazi-banaketa ez-uniformea, habe-kalitate baxuagoa |
| Amaierako ponpaketa | Ponpa-argia laser izpiaren ardatz berean zuzenduta | Nd:YAG bezalako egoera solidoko laserrak | Irabazi-banaketa uniformea, habe-kalitate handiagoa | Lerrokatze konplexua, beroa xahutzeko eraginkortasun gutxiago potentzia handiko laserretan |
Ponpa-argi eraginkorrerako baldintzak
| Eskakizuna | Garrantzia | Inpaktua/Oreka | Ohar gehigarriak |
|---|---|---|---|
| Espektroaren egokitasuna | Uhin-luzerak laser medioaren xurgapen-espektroarekin bat etorri behar du | Xurgapen eraginkorra eta populazio-inbertsio eraginkorra bermatzen ditu | - |
| Intentsitatea | Nahi den kitzikapen mailarako nahikoa altua izan behar du | Intentsitate handiegiek kalte termikoak eragin ditzakete; intentsitate baxuegiek ez dute populazio-inbertsioa lortuko. | - |
| Izpiaren Kalitatea | Bereziki kritikoa mutur-ponpatutako laserretan | Akoplamendu eraginkorra bermatzen du eta igorritako laser izpiaren kalitatean laguntzen du | Izpi-izpiaren kalitate handia funtsezkoa da ponpa-argiaren eta laser moduko bolumenaren gainjartze zehatza lortzeko. |
| Polarizazioa | Ezaugarri anisotropikoak dituzten medioetarako beharrezkoa | Xurgapen-eraginkortasuna hobetzen du eta igorritako laser argiaren polarizazioan eragina izan dezake | Polarizazio egoera espezifikoa beharrezkoa izan daiteke |
| Intentsitate-zarata | Zarata maila baxuak funtsezkoak dira | Ponpa-argiaren intentsitatearen gorabeherek laser-irteeraren kalitatea eta egonkortasuna eragin ditzakete | Garrantzitsua egonkortasun eta zehaztasun handia behar duten aplikazioetarako |
Argitaratze data: 2023ko abenduak 1