त्वरित पोस्टसाठी आमच्या सोशल मीडियाची सदस्यता घ्या
मूलतः, लेसर पंपिंग ही माध्यमाला उर्जा देण्याची प्रक्रिया आहे जिथे ते लेसर प्रकाश उत्सर्जित करू शकते.हे सामान्यत: माध्यमात प्रकाश किंवा विद्युत प्रवाह इंजेक्ट करून, त्याच्या अणूंना उत्तेजित करून आणि सुसंगत प्रकाशाचे उत्सर्जन करून केले जाते.20 व्या शतकाच्या मध्यात पहिल्या लेसरच्या आगमनानंतर ही मूलभूत प्रक्रिया लक्षणीयरीत्या विकसित झाली आहे.
अनेकदा दर समीकरणांनुसार मॉडेल केलेले असताना, लेसर पंपिंग ही मूलभूतपणे एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया आहे.यात फोटॉन आणि गेन माध्यमाची अणू किंवा आण्विक रचना यांच्यातील गुंतागुंतीचा संवाद समाविष्ट असतो.प्रगत मॉडेल्स रबी दोलनांसारख्या घटनांचा विचार करतात, जे या परस्परसंवादांची अधिक सूक्ष्म समज प्रदान करतात.
लेसर पंपिंग ही एक अशी प्रक्रिया आहे जिथे ऊर्जा, विशेषत: प्रकाश किंवा विद्युत प्रवाहाच्या स्वरूपात, लेसरच्या अणू किंवा रेणूंना उच्च ऊर्जा स्थितीत वाढवण्यासाठी लेसरच्या लाभाच्या माध्यमाला पुरवले जाते.हे ऊर्जा हस्तांतरण लोकसंख्या उलथापालथ साध्य करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे, अशी स्थिती जेथे कमी ऊर्जा स्थितीपेक्षा जास्त कण उत्तेजित असतात, ज्यामुळे माध्यमाला उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश वाढवणे शक्य होते.प्रक्रियेमध्ये क्लिष्ट क्वांटम परस्परसंवादांचा समावेश असतो, बहुतेक वेळा दर समीकरणे किंवा अधिक प्रगत क्वांटम यांत्रिक फ्रेमवर्कद्वारे मॉडेल केले जाते.मुख्य पैलूंमध्ये पंप स्त्रोताची निवड (जसे लेसर डायोड किंवा डिस्चार्ज दिवे), पंप भूमिती (साइड किंवा एंड पंपिंग) आणि पंप प्रकाश वैशिष्ट्यांचे ऑप्टिमायझेशन (स्पेक्ट्रम, तीव्रता, बीम गुणवत्ता, ध्रुवीकरण) यांचा समावेश आहे. मध्यम मिळवा.सॉलिड-स्टेट, सेमीकंडक्टर आणि गॅस लेसरसह विविध लेसर प्रकारांमध्ये लेसर पंपिंग मूलभूत आहे आणि लेसरच्या कार्यक्षम आणि प्रभावी ऑपरेशनसाठी आवश्यक आहे.
ऑप्टिकली पंप केलेल्या लेसरचे प्रकार
1. डोपड इन्सुलेटरसह सॉलिड-स्टेट लेसर
· आढावा:हे लेसर इलेक्ट्रिकली इन्सुलेटिंग होस्ट माध्यम वापरतात आणि लेसर-सक्रिय आयनांना ऊर्जा देण्यासाठी ऑप्टिकल पंपिंगवर अवलंबून असतात.YAG लेसरमधील निओडीमियम हे एक सामान्य उदाहरण आहे.
·अलीकडील संशोधन:A. Antipov et al यांनी केलेला अभ्यास.स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंगसाठी घन-स्थिती जवळ-आयआर लेसरची चर्चा करते.हे संशोधन सॉलिड-स्टेट लेसर तंत्रज्ञानातील प्रगती हायलाइट करते, विशेषत: जवळ-अवरक्त स्पेक्ट्रममध्ये, जे वैद्यकीय इमेजिंग आणि दूरसंचार यांसारख्या अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
पुढील वाचन:स्पिन-एक्सचेंज ऑप्टिकल पंपिंगसाठी सॉलिड-स्टेट जवळ-आयआर लेसर
2. सेमीकंडक्टर लेसर
·सामान्य माहिती: सामान्यत: इलेक्ट्रिकली पंप केलेले, सेमीकंडक्टर लेसर देखील ऑप्टिकल पंपिंगचा फायदा घेऊ शकतात, विशेषत: उच्च ब्राइटनेस आवश्यक असलेल्या ऍप्लिकेशन्समध्ये, जसे की वर्टिकल एक्सटर्नल कॅव्हिटी सरफेस एमिटिंग लेझर (VECSELs).
·अलीकडील घडामोडी: अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट आणि सेमीकंडक्टर लेसरमधून ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सवर यू. केलरचे कार्य डायोड-पंप केलेल्या सॉलिड-स्टेट आणि सेमीकंडक्टर लेसरपासून स्थिर वारंवारता कॉम्ब्सच्या निर्मितीबद्दल अंतर्दृष्टी प्रदान करते.ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी मेट्रोलॉजीमधील अनुप्रयोगांसाठी ही प्रगती महत्त्वपूर्ण आहे.
पुढील वाचन:अल्ट्राफास्ट सॉलिड-स्टेट आणि सेमीकंडक्टर लेसरमधून ऑप्टिकल वारंवारता कंघी
3. गॅस लेसर
·गॅस लेसरमध्ये ऑप्टिकल पंपिंग: काही प्रकारचे गॅस लेसर, जसे अल्कली वाष्प लेसर, ऑप्टिकल पंपिंगचा वापर करतात.हे लेसर सहसा विशिष्ट गुणधर्मांसह सुसंगत प्रकाश स्रोत आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.
ऑप्टिकल पंपिंगसाठी स्त्रोत
डिस्चार्ज दिवे: दिवा-पंप केलेल्या लेसरमध्ये सामान्य, डिस्चार्ज दिवे त्यांच्या उच्च शक्ती आणि विस्तृत स्पेक्ट्रमसाठी वापरले जातात.YA Mandryko et al.सॉलिड-स्टेट लेसरच्या सक्रिय मीडिया ऑप्टिकल पंपिंग झेनॉन दिवे मध्ये आवेग आर्क डिस्चार्ज जनरेशनचे पॉवर मॉडेल विकसित केले.हे मॉडेल आवेग पंपिंग दिव्यांच्या कार्यक्षमतेस अनुकूल करण्यास मदत करते, कार्यक्षम लेसर ऑपरेशनसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
लेसर डायोड्स:डायोड-पंप केलेल्या लेसरमध्ये वापरलेले, लेसर डायोड उच्च कार्यक्षमता, कॉम्पॅक्ट आकार आणि बारीक ट्यून करण्याची क्षमता यासारखे फायदे देतात.
पुढील वाचन:लेसर डायोड काय आहे?
फ्लॅश दिवे: फ्लॅश दिवे हे प्रखर, ब्रॉड-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत आहेत जे सामान्यतः घन-स्टेट लेसर पंप करण्यासाठी वापरले जातात, जसे की रुबी किंवा Nd:YAG लेसर.ते लेसर माध्यमाला उत्तेजित करणारा उच्च-तीव्रतेचा प्रकाश प्रदान करतात.
चाप दिवे: फ्लॅश दिव्यांप्रमाणेच परंतु सतत चालण्यासाठी डिझाइन केलेले, आर्क दिवे प्रखर प्रकाशाचा स्थिर स्रोत देतात.ते ॲप्लिकेशन्समध्ये वापरले जातात जेथे सतत वेव्ह (CW) लेसर ऑपरेशन आवश्यक असते.
LEDs (प्रकाश उत्सर्जक डायोड): लेसर डायोड्सइतके सामान्य नसले तरी, काही कमी-शक्तीच्या ऍप्लिकेशन्समध्ये ऑप्टिकल पंपिंगसाठी LEDs वापरले जाऊ शकतात.त्यांचे दीर्घ आयुष्य, कमी खर्च आणि विविध तरंगलांबींमध्ये उपलब्धतेमुळे ते फायदेशीर आहेत.
सूर्यप्रकाश: काही प्रायोगिक सेटअपमध्ये, सौर-पंप लेझरसाठी एकाग्र सूर्यप्रकाशाचा पंप स्त्रोत म्हणून वापर केला गेला आहे.ही पद्धत सौर ऊर्जेचा उपयोग करते, ती एक नूतनीकरणीय आणि किफायतशीर स्त्रोत बनवते, जरी ती कृत्रिम प्रकाश स्रोतांच्या तुलनेत कमी नियंत्रणीय आणि कमी तीव्र असते.
फायबर-कपल्ड लेसर डायोड्स: हे ऑप्टिकल फायबरला जोडलेले लेसर डायोड आहेत, जे लेसर माध्यमात पंप प्रकाश अधिक कार्यक्षमतेने वितरीत करतात.ही पद्धत विशेषत: फायबर लेसरमध्ये उपयुक्त आहे आणि अशा परिस्थितीत जेथे पंप प्रकाशाची अचूक वितरण महत्त्वपूर्ण आहे.
इतर लेसर: काहीवेळा, एक लेसर दुसरा पंप करण्यासाठी वापरला जातो.उदाहरणार्थ, वारंवारता-दुप्पट Nd: YAG लेसर डाई लेसर पंप करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.ही पद्धत बहुतेक वेळा वापरली जाते जेव्हा पंपिंग प्रक्रियेसाठी विशिष्ट तरंगलांबी आवश्यक असते जी पारंपारिक प्रकाश स्रोतांसह सहज साध्य होत नाही.
डायोड-पंप सॉलिड-स्टेट लेसर
प्रारंभिक ऊर्जा स्रोत: प्रक्रिया डायोड लेसरने सुरू होते, जी पंप स्त्रोत म्हणून काम करते.डायोड लेसर त्यांची कार्यक्षमता, संक्षिप्त आकार आणि विशिष्ट तरंगलांबीवर प्रकाश उत्सर्जित करण्याची क्षमता यासाठी निवडले जातात.
पंप लाइट:डायोड लेसर प्रकाश उत्सर्जित करतो जो सॉलिड-स्टेट गेन माध्यमाद्वारे शोषला जातो.डायोड लेसरची तरंगलांबी गेन माध्यमाच्या शोषण वैशिष्ट्यांशी जुळण्यासाठी तयार केली जाते.
घन-राज्यमध्यम मिळवा
साहित्य:DPSS लेसरमधील लाभाचे माध्यम सामान्यत: Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet), Nd:YVO4 (Neodymium-doped Yttrium Orthovanadate), किंवा Yb:YAG (Ytterbium-doped Yttrium Garnetum Aluminum Aluminium) सारखे घन-स्थिती साहित्य आहे.
डोपिंग:ही सामग्री दुर्मिळ-पृथ्वी आयन (जसे की Nd किंवा Yb) सह डोप केलेली आहे, जे सक्रिय लेसर आयन आहेत.
ऊर्जा शोषण आणि उत्तेजना:जेव्हा डायोड लेसरचा पंप प्रकाश लाभ माध्यमात प्रवेश करतो, तेव्हा दुर्मिळ-पृथ्वी आयन ही ऊर्जा शोषून घेतात आणि उच्च ऊर्जा स्थितीत उत्तेजित होतात.
लोकसंख्या उलथापालथ
लोकसंख्या उलथापालथ साध्य करणे:लेझर क्रियेची गुरुकिल्ली म्हणजे लाभाच्या माध्यमात लोकसंख्या उलथापालथ करणे.याचा अर्थ असा की जमिनीच्या स्थितीपेक्षा जास्त आयन उत्तेजित अवस्थेत आहेत.
उत्तेजित उत्सर्जन:एकदा लोकसंख्या उलथापालथ साध्य झाल्यानंतर, उत्तेजित आणि ग्राउंड अवस्थेतील उर्जेच्या फरकाशी संबंधित फोटॉनचा परिचय उत्तेजित आयनांना जमिनीच्या स्थितीत परत येण्यासाठी उत्तेजित करू शकतो, प्रक्रियेत फोटॉन उत्सर्जित करतो.
ऑप्टिकल रेझोनेटर
मिरर: गेन माध्यम हे ऑप्टिकल रेझोनेटरमध्ये ठेवलेले असते, सामान्यत: माध्यमाच्या प्रत्येक टोकाला दोन आरशांनी बनवलेले असते.
अभिप्राय आणि प्रवर्धन: आरशांपैकी एक अत्यंत परावर्तित आहे आणि दुसरा अंशतः परावर्तित आहे.या आरशांमध्ये फोटॉन पुढे-मागे उसळतात, अधिक उत्सर्जन उत्तेजित करतात आणि प्रकाश वाढवतात.
लेझर उत्सर्जन
सुसंगत प्रकाश: उत्सर्जित होणारे फोटॉन सुसंगत असतात, म्हणजे ते टप्प्यात असतात आणि समान तरंगलांबी असतात.
आउटपुट: अंशतः परावर्तित आरसा यातील काही प्रकाश DPSS लेसरमधून बाहेर पडणारा लेसर बीम बनवतो.
पंपिंग भूमिती: साइड वि. एंड पंपिंग
| पंपिंग पद्धत | वर्णन | अर्ज | फायदे | आव्हाने |
|---|---|---|---|---|
| साइड पंपिंग | पंप प्रकाश लेसर माध्यम लंब ओळख | रॉड किंवा फायबर लेसर | पंप लाइटचे एकसमान वितरण, उच्च-शक्ती अनुप्रयोगांसाठी योग्य | गैर-एकसमान लाभ वितरण, कमी बीम गुणवत्ता |
| पंपिंग समाप्त करा | पंप प्रकाश लेसर बीम सारख्याच अक्षावर निर्देशित केला जातो | सॉलिड-स्टेट लेसर जसे की Nd:YAG | एकसमान लाभ वितरण, उच्च बीम गुणवत्ता | जटिल संरेखन, उच्च-शक्तीच्या लेसरमध्ये कमी कार्यक्षम उष्णता नष्ट करणे |
प्रभावी पंप लाइटसाठी आवश्यकता
| आवश्यकता | महत्त्व | प्रभाव/समतोल | अतीरिक्त नोंदी |
|---|---|---|---|
| स्पेक्ट्रम उपयुक्तता | तरंगलांबी लेसर माध्यमाच्या शोषण स्पेक्ट्रमशी जुळली पाहिजे | कार्यक्षम शोषण आणि प्रभावी लोकसंख्या उलथापालथ सुनिश्चित करते | - |
| तीव्रता | इच्छित उत्तेजना पातळीसाठी पुरेसे उच्च असणे आवश्यक आहे | जास्त तीव्रतेमुळे थर्मल नुकसान होऊ शकते;खूप कमी लोकसंख्या उलथापालथ साध्य करणार नाही | - |
| बीम गुणवत्ता | एंड-पंप लेसरमध्ये विशेषतः गंभीर | कार्यक्षम कपलिंग सुनिश्चित करते आणि उत्सर्जित लेसर बीम गुणवत्तेत योगदान देते | पंप लाइट आणि लेसर मोड व्हॉल्यूमच्या अचूक ओव्हरलॅपसाठी उच्च बीम गुणवत्ता महत्त्वपूर्ण आहे |
| ध्रुवीकरण | ॲनिसोट्रॉपिक गुणधर्म असलेल्या माध्यमांसाठी आवश्यक | शोषण कार्यक्षमता वाढवते आणि उत्सर्जित लेसर प्रकाश ध्रुवीकरण प्रभावित करू शकते | विशिष्ट ध्रुवीकरण स्थिती आवश्यक असू शकते |
| तीव्रता आवाज | कमी आवाज पातळी निर्णायक आहे | पंप प्रकाशाच्या तीव्रतेतील चढ-उतार लेसर आउटपुट गुणवत्ता आणि स्थिरता प्रभावित करू शकतात | उच्च स्थिरता आणि अचूकता आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वाचे |
पोस्ट वेळ: डिसेंबर-०१-२०२३