లేజర్‌లో ఆప్టికల్ పంపింగ్ అంటే ఏమిటి?

తక్షణ పోస్ట్ కోసం మా సోషల్ మీడియాకు సబ్‌స్క్రైబ్ చేసుకోండి

సారాంశంలో, లేజర్ పంపింగ్ అనేది ఒక మాధ్యమాన్ని శక్తివంతం చేసి, అది లేజర్ కాంతిని విడుదల చేయగల స్థితిని సాధించే ప్రక్రియ. ఇది సాధారణంగా మాధ్యమంలోకి కాంతి లేదా విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఇంజెక్ట్ చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది, దాని అణువులను ఉత్తేజపరుస్తుంది మరియు పొందికైన కాంతి ఉద్గారానికి దారితీస్తుంది. 20వ శతాబ్దం మధ్యలో మొదటి లేజర్‌లు వచ్చినప్పటి నుండి ఈ ప్రాథమిక ప్రక్రియ గణనీయంగా అభివృద్ధి చెందింది.

తరచుగా రేటు సమీకరణాల ద్వారా రూపొందించబడినప్పటికీ, లేజర్ పంపింగ్ అనేది ప్రాథమికంగా ఒక క్వాంటం యాంత్రిక ప్రక్రియ. ఇది ఫోటాన్లు మరియు గెయిన్ మీడియం యొక్క పరమాణు లేదా పరమాణు నిర్మాణం మధ్య సంక్లిష్టమైన పరస్పర చర్యలను కలిగి ఉంటుంది. అధునాతన నమూనాలు రబీ డోలనాల వంటి దృగ్విషయాలను పరిగణలోకి తీసుకుంటాయి, ఇవి ఈ పరస్పర చర్యల గురించి మరింత సూక్ష్మమైన అవగాహనను అందిస్తాయి.

లేజర్ పంపింగ్ అనేది ఒక ప్రక్రియ, సాధారణంగా కాంతి లేదా విద్యుత్ ప్రవాహం రూపంలో, లేజర్ యొక్క గెయిన్ మీడియంకు దాని అణువులను లేదా అణువులను అధిక శక్తి స్థితులకు పెంచడానికి శక్తిని సరఫరా చేస్తుంది. ఈ శక్తి బదిలీ జనాభా విలోమాన్ని సాధించడానికి చాలా ముఖ్యమైనది, తక్కువ శక్తి స్థితిలో కంటే ఎక్కువ కణాలు ఉత్తేజితమయ్యే స్థితి, మాధ్యమం ఉత్తేజిత ఉద్గారం ద్వారా కాంతిని విస్తరించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో సంక్లిష్టమైన క్వాంటం పరస్పర చర్యలు ఉంటాయి, తరచుగా రేటు సమీకరణాలు లేదా మరింత అధునాతన క్వాంటం మెకానికల్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ల ద్వారా రూపొందించబడతాయి. పంప్ సోర్స్ ఎంపిక (లేజర్ డయోడ్‌లు లేదా డిశ్చార్జ్ లాంప్‌లు వంటివి), పంప్ జ్యామితి (సైడ్ లేదా ఎండ్ పంపింగ్) మరియు గెయిన్ మీడియం యొక్క నిర్దిష్ట అవసరాలకు సరిపోయేలా పంప్ లైట్ లక్షణాల (స్పెక్ట్రం, తీవ్రత, బీమ్ నాణ్యత, ధ్రువణత) ఆప్టిమైజేషన్ ముఖ్యమైన అంశాలలో ఉన్నాయి. సాలిడ్-స్టేట్, సెమీకండక్టర్ మరియు గ్యాస్ లేజర్‌లతో సహా వివిధ లేజర్ రకాల్లో లేజర్ పంపింగ్ ప్రాథమికమైనది మరియు లేజర్ యొక్క సమర్థవంతమైన మరియు ప్రభావవంతమైన ఆపరేషన్‌కు ఇది అవసరం.

ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేయబడిన లేజర్‌ల రకాలు

 

1. డోప్డ్ ఇన్సులేటర్లతో కూడిన సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లు

· అవలోకనం:ఈ లేజర్‌లు విద్యుత్ ఇన్సులేటింగ్ హోస్ట్ మాధ్యమాన్ని ఉపయోగిస్తాయి మరియు లేజర్-యాక్టివ్ అయాన్‌లను శక్తివంతం చేయడానికి ఆప్టికల్ పంపింగ్‌పై ఆధారపడతాయి. YAG లేజర్‌లలో నియోడైమియం ఒక సాధారణ ఉదాహరణ.

·ఇటీవలి పరిశోధన:A. Antipov et al. చేసిన ఒక అధ్యయనం స్పిన్-ఎక్స్ఛేంజ్ ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం సాలిడ్-స్టేట్ నియర్-IR లేజర్ గురించి చర్చిస్తుంది. ఈ పరిశోధన సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్ టెక్నాలజీలో, ముఖ్యంగా మెడికల్ ఇమేజింగ్ మరియు టెలికమ్యూనికేషన్స్ వంటి అప్లికేషన్లకు కీలకమైన నియర్-ఇన్ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రంలో పురోగతిని హైలైట్ చేస్తుంది.

మరింత చదవడానికి:స్పిన్-ఎక్స్ఛేంజ్ ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం సాలిడ్-స్టేట్ నియర్-IR లేజర్

2. సెమీకండక్టర్ లేజర్లు

·సాధారణ సమాచారం: సాధారణంగా విద్యుత్తుతో పంప్ చేయబడిన, సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు కూడా ఆప్టికల్ పంపింగ్ నుండి ప్రయోజనం పొందవచ్చు, ముఖ్యంగా వర్టికల్ ఎక్స్‌టర్నల్ కేవిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ లేజర్‌లు (VECSELలు) వంటి అధిక ప్రకాశం అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లలో.

·ఇటీవలి పరిణామాలు: అల్ట్రాఫాస్ట్ సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల నుండి ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలపై యు. కెల్లర్ చేసిన పని డయోడ్-పంప్డ్ సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల నుండి స్థిరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనల ఉత్పత్తిపై అంతర్దృష్టులను అందిస్తుంది. ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ మెట్రాలజీలోని అనువర్తనాలకు ఈ పురోగతి ముఖ్యమైనది.

మరింత చదవడానికి:అల్ట్రాఫాస్ట్ సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్ల నుండి ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలు

3. గ్యాస్ లేజర్లు

·గ్యాస్ లేజర్‌లలో ఆప్టికల్ పంపింగ్: ఆల్కలీ వేపర్ లేజర్‌ల వంటి కొన్ని రకాల గ్యాస్ లేజర్‌లు ఆప్టికల్ పంపింగ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి. ఈ లేజర్‌లను తరచుగా నిర్దిష్ట లక్షణాలతో పొందికైన కాంతి వనరులు అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగిస్తారు.

 

 

ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం మూలాలు

డిశ్చార్జ్ లాంప్స్: లాంప్-పంప్డ్ లేజర్‌లలో సాధారణంగా ఉపయోగించే డిశ్చార్జ్ లాంప్‌లు వాటి అధిక శక్తి మరియు విస్తృత స్పెక్ట్రం కోసం ఉపయోగించబడతాయి. YA మాండ్రికో మరియు ఇతరులు సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌ల యొక్క యాక్టివ్ మీడియా ఆప్టికల్ పంపింగ్ జినాన్ లాంప్‌లలో ఇంపల్స్ ఆర్క్ డిశ్చార్జ్ జనరేషన్ యొక్క పవర్ మోడల్‌ను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ మోడల్ ఇంపల్స్ పంపింగ్ లాంప్‌ల పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి సహాయపడుతుంది, ఇది సమర్థవంతమైన లేజర్ ఆపరేషన్‌కు కీలకమైనది.

లేజర్ డయోడ్లు:డయోడ్-పంప్డ్ లేజర్‌లలో ఉపయోగించే లేజర్ డయోడ్‌లు అధిక సామర్థ్యం, ​​కాంపాక్ట్ పరిమాణం మరియు చక్కగా ట్యూన్ చేయగల సామర్థ్యం వంటి ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి.

మరింత చదవడానికి:లేజర్ డయోడ్ అంటే ఏమిటి?

ఫ్లాష్ లాంప్స్: ఫ్లాష్ ల్యాంప్‌లు అనేవి తీవ్రమైన, విస్తృత-స్పెక్ట్రమ్ కాంతి వనరులు, వీటిని సాధారణంగా రూబీ లేదా Nd:YAG లేజర్‌ల వంటి ఘన-స్థితి లేజర్‌లను పంపింగ్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. అవి లేజర్ మాధ్యమాన్ని ఉత్తేజపరిచే అధిక-తీవ్రత గల కాంతి విస్ఫోటనాన్ని అందిస్తాయి.

ఆర్క్ లాంప్స్: ఫ్లాష్ ల్యాంప్‌ల మాదిరిగానే కానీ నిరంతర ఆపరేషన్ కోసం రూపొందించబడిన ఆర్క్ ల్యాంప్‌లు తీవ్రమైన కాంతి యొక్క స్థిరమైన మూలాన్ని అందిస్తాయి. నిరంతర వేవ్ (CW) లేజర్ ఆపరేషన్ అవసరమయ్యే అనువర్తనాల్లో వీటిని ఉపయోగిస్తారు.

LED లు (కాంతి ఉద్గార డయోడ్లు): లేజర్ డయోడ్‌ల వలె సాధారణం కాకపోయినా, కొన్ని తక్కువ-శక్తి అనువర్తనాల్లో ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం LED లను ఉపయోగించవచ్చు. వాటి దీర్ఘాయువు, తక్కువ ధర మరియు వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలలో లభ్యత కారణంగా అవి ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి.

సూర్యకాంతి: కొన్ని ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లలో, సౌరశక్తిని పంప్ చేసిన లేజర్‌లకు పంపు మూలంగా సాంద్రీకృత సూర్యకాంతిని ఉపయోగించారు. ఈ పద్ధతి సౌరశక్తిని ఉపయోగిస్తుంది, ఇది పునరుత్పాదక మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్న వనరుగా మారుతుంది, అయినప్పటికీ ఇది కృత్రిమ కాంతి వనరులతో పోలిస్తే తక్కువ నియంత్రించదగినది మరియు తక్కువ తీవ్రత కలిగి ఉంటుంది.

ఫైబర్-కపుల్డ్ లేజర్ డయోడ్లు: ఇవి ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లకు అనుసంధానించబడిన లేజర్ డయోడ్‌లు, ఇవి పంప్ లైట్‌ను లేజర్ మాధ్యమానికి మరింత సమర్థవంతంగా అందిస్తాయి. ఈ పద్ధతి ముఖ్యంగా ఫైబర్ లేజర్‌లలో మరియు పంప్ లైట్ యొక్క ఖచ్చితమైన డెలివరీ కీలకమైన పరిస్థితులలో ఉపయోగపడుతుంది.

ఇతర లేజర్లు: కొన్నిసార్లు, ఒక లేజర్‌ను మరొకదాన్ని పంప్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఉదాహరణకు, డై లేజర్‌ను పంప్ చేయడానికి ఫ్రీక్వెన్సీ-డబుల్ Nd: YAG లేజర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు. సాంప్రదాయ కాంతి వనరులతో సులభంగా సాధించలేని పంపింగ్ ప్రక్రియకు నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాలు అవసరమైనప్పుడు ఈ పద్ధతి తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది. 

 

డయోడ్-పంప్డ్ సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్

ప్రారంభ శక్తి వనరు: ఈ ప్రక్రియ డయోడ్ లేజర్‌తో ప్రారంభమవుతుంది, ఇది పంప్ మూలంగా పనిచేస్తుంది. డయోడ్ లేజర్‌లను వాటి సామర్థ్యం, ​​కాంపాక్ట్ పరిమాణం మరియు నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద కాంతిని విడుదల చేసే సామర్థ్యం కోసం ఎంపిక చేస్తారు.

పంప్ లైట్:డయోడ్ లేజర్ ఘన-స్థితి గెయిన్ మాధ్యమం ద్వారా గ్రహించబడిన కాంతిని విడుదల చేస్తుంది. డయోడ్ లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం గెయిన్ మాధ్యమం యొక్క శోషణ లక్షణాలకు సరిపోయేలా రూపొందించబడింది.

సాలిడ్-స్టేట్మధ్యస్థ లాభం

మెటీరియల్:DPSS లేజర్లలో గెయిన్ మీడియం సాధారణంగా Nd:YAG (నియోడైమియం-డోప్డ్ యట్రియం అల్యూమినియం గార్నెట్), Nd:YVO4 (నియోడైమియం-డోప్డ్ యట్రియం ఆర్థోవనాడేట్), లేదా Yb:YAG (యిటెర్బియం-డోప్డ్ యట్రియం అల్యూమినియం గార్నెట్) వంటి ఘన-స్థితి పదార్థం.

డోపింగ్:ఈ పదార్థాలు అరుదైన-భూమి అయాన్లతో (Nd లేదా Yb వంటివి) డోప్ చేయబడతాయి, ఇవి క్రియాశీల లేజర్ అయాన్లు.

 

శక్తి శోషణ మరియు ఉత్తేజం:డయోడ్ లేజర్ నుండి పంప్ లైట్ గెయిన్ మాధ్యమంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, అరుదైన-భూమి అయాన్లు ఈ శక్తిని గ్రహించి అధిక శక్తి స్థితులకు ఉత్తేజితమవుతాయి.

జనాభా విలోమం

జనాభా విలోమాన్ని సాధించడం:లేజర్ చర్యకు కీలకం గెయిన్ మాధ్యమంలో జనాభా విలోమాన్ని సాధించడం. దీని అర్థం భూమి స్థితిలో కంటే ఎక్కువ అయాన్లు ఉత్తేజిత స్థితిలో ఉంటాయి.

ఉత్తేజిత ఉద్గారాలు:జనాభా విలోమం సాధించిన తర్వాత, ఉత్తేజిత మరియు భూమి స్థితుల మధ్య శక్తి వ్యత్యాసానికి అనుగుణంగా ఉన్న ఫోటాన్‌ను ప్రవేశపెట్టడం వలన ఉత్తేజిత అయాన్‌లు భూమి స్థితికి తిరిగి రావడానికి ప్రేరేపించబడతాయి, ఈ ప్రక్రియలో ఫోటాన్‌ను విడుదల చేస్తాయి.

 

ఆప్టికల్ రెసొనేటర్

దర్పణాలు: గెయిన్ మీడియం ఒక ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ లోపల ఉంచబడుతుంది, సాధారణంగా మీడియం యొక్క ప్రతి చివర రెండు అద్దాల ద్వారా ఏర్పడుతుంది.

అభిప్రాయం మరియు విస్తరణ: అద్దాలలో ఒకటి అధిక ప్రతిబింబం కలిగి ఉంటుంది, మరియు మరొకటి పాక్షికంగా ప్రతిబింబం కలిగి ఉంటుంది. ఈ అద్దాల మధ్య ఫోటాన్లు ముందుకు వెనుకకు బౌన్స్ అవుతాయి, ఎక్కువ ఉద్గారాలను ప్రేరేపిస్తాయి మరియు కాంతిని విస్తరిస్తాయి.

 

లేజర్ ఉద్గారం

కోహెరెంట్ లైట్: విడుదలయ్యే ఫోటాన్లు కోహెరెంట్‌గా ఉంటాయి, అంటే అవి దశలో ఉంటాయి మరియు ఒకే తరంగదైర్ఘ్యం కలిగి ఉంటాయి.

అవుట్‌పుట్: పాక్షికంగా ప్రతిబింబించే అద్దం ఈ కాంతిలో కొంత భాగాన్ని దాటడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది DPSS లేజర్ నుండి నిష్క్రమించే లేజర్ పుంజాన్ని ఏర్పరుస్తుంది.

 

పంపింగ్ జ్యామితిలు: సైడ్ వర్సెస్ ఎండ్ పంపింగ్

 

పంపింగ్ పద్ధతి వివరణ అప్లికేషన్లు ప్రయోజనాలు సవాళ్లు
సైడ్ పంపింగ్ లేజర్ మాధ్యమానికి లంబంగా పంప్ లైట్ ప్రవేశపెట్టబడింది రాడ్ లేదా ఫైబర్ లేజర్లు అధిక-శక్తి అనువర్తనాలకు అనువైన పంపు లైట్ యొక్క ఏకరీతి పంపిణీ. ఏకరీతిగా లేని లాభ పంపిణీ, తక్కువ బీమ్ నాణ్యత
ఎండ్ పంపింగ్ లేజర్ పుంజం వలె అదే అక్షం వెంట పంప్ లైట్ దర్శకత్వం వహించబడుతుంది. Nd:YAG వంటి ఘన-స్థితి లేజర్‌లు ఏకరీతి లాభ పంపిణీ, అధిక బీమ్ నాణ్యత అధిక శక్తి లేజర్‌లలో సంక్లిష్ట అమరిక, తక్కువ సమర్థవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లడం

ప్రభావవంతమైన పంప్ లైట్ కోసం అవసరాలు

 

అవసరం ప్రాముఖ్యత ప్రభావం/బ్యాలెన్స్ అదనపు గమనికలు
స్పెక్ట్రమ్ అనుకూలత తరంగదైర్ఘ్యం లేజర్ మాధ్యమం యొక్క శోషణ స్పెక్ట్రంతో సరిపోలాలి. సమర్థవంతమైన శోషణ మరియు ప్రభావవంతమైన జనాభా విలోమాన్ని నిర్ధారిస్తుంది -
తీవ్రత కావలసిన ఉత్తేజిత స్థాయికి తగినంత ఎత్తులో ఉండాలి అధిక తీవ్రతలు ఉష్ణ నష్టాన్ని కలిగిస్తాయి; చాలా తక్కువ జనాభా విలోమాన్ని సాధించవు. -
బీమ్ నాణ్యత ముఖ్యంగా ఎండ్-పంప్డ్ లేజర్‌లలో కీలకం సమర్థవంతమైన కలపడం నిర్ధారిస్తుంది మరియు విడుదలయ్యే లేజర్ పుంజం నాణ్యతకు దోహదం చేస్తుంది. పంప్ లైట్ మరియు లేజర్ మోడ్ వాల్యూమ్ యొక్క ఖచ్చితమైన అతివ్యాప్తికి అధిక బీమ్ నాణ్యత చాలా ముఖ్యమైనది.
ధ్రువణత అనిసోట్రోపిక్ లక్షణాలు కలిగిన మీడియాకు అవసరం శోషణ సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది మరియు విడుదలయ్యే లేజర్ కాంతి ధ్రువణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. నిర్దిష్ట ధ్రువణ స్థితి అవసరం కావచ్చు
తీవ్రత శబ్దం తక్కువ శబ్ద స్థాయిలు కీలకం పంప్ లైట్ తీవ్రతలో హెచ్చుతగ్గులు లేజర్ అవుట్‌పుట్ నాణ్యత మరియు స్థిరత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి అధిక స్థిరత్వం మరియు ఖచ్చితత్వం అవసరమయ్యే అనువర్తనాలకు ముఖ్యమైనది
సంబంధిత లేజర్ అప్లికేషన్
సంబంధిత ఉత్పత్తులు

పోస్ట్ సమయం: డిసెంబర్-01-2023