Princip fungování laserového čerpání

Princip fungovánílaser čerpání

Energie je absorbována v médiu a vytváří excitované stavy v atomech. Populační inverze je dosaženo, když počet částic v excitovaném stavu překročí počet částic v základním stavu nebo méně excitovaných stavech. V tomto případě může dojít k mechanismu stimulované emise a médium může být použito jako laserový nebo optický zesilovač.

Výkon čerpadla musí být nad prahem laseru. Energie čerpadla je obvykle poskytována ve formě světla nebo elektrického proudu, ale byly použity i exotičtější zdroje, jako jsou chemické nebo jaderné reakce.

Rozšířené informace

Laserová výrobapodmínky:

1. Médium zisku: Pro generování laseru je třeba zvolit vhodnou pracovní látku, kterou může být plyn, kapalina nebo pevná látka. V tomto médiu lze dosáhnout inverze populace, aby se vytvořily nezbytné podmínky pro laserování.

Je zřejmé, že existence energetické hladiny metastabilního stavu je velmi prospěšná pro realizaci inverze počtu částic. Existuje téměř tisíc druhů pracovních médií a vlnové délky laseru, které lze generovat, zahrnují širokou škálu od ultrafialového vakua po daleko infračervené. S ohledem na výkon laserového výstupu laseru však existují určité požadavky na použitou pracovní látku. Základní požadavky jsou

(1) Jednotné optické vlastnosti, dobrá optická průhlednost a stabilní výkon;

(2) Energetické hladiny s relativně dlouhými energetickými hladinami (nazývané metastabilní energetické hladiny);

(3) Má relativně vysokou kvantovou účinnost.

2. Čerpací zdroj: Aby bylo možné zvrátit počet částic v pracovním médiu, musí být použit určitý způsob stimulace atomového systému ke zvýšení počtu částic v horní energetické hladině. Obecně lze plynový výboj použít k použití elektronů s kinetickou energií k excitaci atomů média, což se nazývá elektrické buzení; pulsní světelné zdroje lze použít i k ozařování pracovního média, čemuž se říká světelné buzení; existuje také tepelné buzení, chemické buzení atd.

Různé způsoby buzení se vizuálně nazývají pumpování nebo pumpování. Aby bylo možné nepřetržitě získávat laserový výstup, musí být nepřetržitě „pumpován“, aby se udrželo více částic na horní energetické hladině než na spodní energetické hladině.

3. Rezonanční dutina: S vhodnou pracovní látkou a čerpadlem lze realizovat inverzi počtu částic, ale intenzita takto produkovaného stimulovaného záření je příliš slabá na to, aby se dala prakticky aplikovat. Lidi tedy napadlo použít k zesílení optickou rezonanční dutinu.

Takzvaná optická rezonanční dutina jsou vlastně dvě zrcadla s vysokou odrazivostí namontovaná na dva konce laseru tváří v tvář. Jeden je téměř úplně odražen a jeden je většinou odražen a malé množství je přenášeno, takže laser může být vyzařován přes toto zrcadlo.

Světlo odražené zpět k pracovnímu médiu nadále indukuje nové stimulované záření a světlo je zesíleno. Světlo proto v rezonanční dutině kmitá tam a zpět a způsobuje řetězovou reakci, která je zesílena jako lavina a vytváří intenzivnílaserové světlo, který vychází z jednoho konce částečně odrážejícího zrcadla.