లేజర్‌లో ఆప్టికల్ పంపింగ్ అంటే ఏమిటి?

తక్షణ పోస్ట్ కోసం మా సోషల్ మీడియాకు సభ్యత్వాన్ని పొందండి

దాని సారాంశం ప్రకారం, లేజర్ పంపింగ్ అనేది ఒక మాధ్యమం లేజర్ కాంతిని విడుదల చేయగల స్థితిని సాధించడానికి శక్తినిచ్చే ప్రక్రియ. ఇది సాధారణంగా మాధ్యమంలోకి కాంతి లేదా విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఇంజెక్ట్ చేయడం, దాని పరమాణువులను ఉత్తేజపరచడం మరియు పొందికైన కాంతిని విడుదల చేయడం ద్వారా జరుగుతుంది. 20వ శతాబ్దం మధ్యలో మొదటి లేజర్‌లు వచ్చినప్పటి నుండి ఈ పునాది ప్రక్రియ గణనీయంగా అభివృద్ధి చెందింది.

తరచుగా రేటు సమీకరణాల ద్వారా రూపొందించబడినప్పటికీ, లేజర్ పంపింగ్ అనేది ప్రాథమికంగా క్వాంటం మెకానికల్ ప్రక్రియ. ఇది ఫోటాన్లు మరియు లాభం మాధ్యమం యొక్క పరమాణు లేదా పరమాణు నిర్మాణం మధ్య క్లిష్టమైన పరస్పర చర్యలను కలిగి ఉంటుంది. అధునాతన నమూనాలు రబీ డోలనాలు వంటి దృగ్విషయాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటాయి, ఇవి ఈ పరస్పర చర్యల గురించి మరింత సూక్ష్మ అవగాహనను అందిస్తాయి.

లేజర్ పంపింగ్ అనేది ఒక ప్రక్రియ, సాధారణంగా కాంతి లేదా విద్యుత్ ప్రవాహం రూపంలో శక్తి, దాని పరమాణువులు లేదా అణువులను అధిక శక్తి స్థితులకు ఎలివేట్ చేయడానికి లేజర్ యొక్క లాభ మాధ్యమానికి సరఫరా చేయబడుతుంది. జనాభా విలోమాన్ని సాధించడానికి ఈ శక్తి బదిలీ చాలా ముఖ్యమైనది, తక్కువ శక్తి స్థితిలో కంటే ఎక్కువ కణాలు ఉత్తేజితమయ్యే స్థితి, ఉత్తేజిత ఉద్గారాల ద్వారా కాంతిని విస్తరించడానికి మాధ్యమాన్ని అనుమతిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో సంక్లిష్టమైన క్వాంటం పరస్పర చర్యలు ఉంటాయి, తరచుగా రేటు సమీకరణాలు లేదా మరింత అధునాతన క్వాంటం మెకానికల్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ల ద్వారా రూపొందించబడతాయి. ప్రధాన అంశాలలో పంప్ సోర్స్ (లేజర్ డయోడ్‌లు లేదా డిశ్చార్జ్ ల్యాంప్స్ వంటివి), పంప్ జ్యామితి (సైడ్ లేదా ఎండ్ పంపింగ్) మరియు నిర్దిష్ట అవసరాలకు సరిపోయేలా పంప్ లైట్ లక్షణాల ఆప్టిమైజేషన్ (స్పెక్ట్రం, ఇంటెన్సిటీ, బీమ్ క్వాలిటీ, పోలరైజేషన్) ఉన్నాయి. మాధ్యమాన్ని పొందండి. సాలిడ్-స్టేట్, సెమీకండక్టర్ మరియు గ్యాస్ లేజర్‌లతో సహా వివిధ లేజర్ రకాల్లో లేజర్ పంపింగ్ ప్రాథమికమైనది మరియు లేజర్ యొక్క సమర్థవంతమైన మరియు సమర్థవంతమైన ఆపరేషన్‌కు ఇది అవసరం.

ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేయబడిన లేజర్‌ల రకాలు

 

1. డోప్డ్ ఇన్సులేటర్లతో సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్స్

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

·ఇటీవలి పరిశోధన:A. Antipov మరియు ఇతరుల అధ్యయనం. స్పిన్-ఎక్స్‌ఛేంజ్ ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం IR లేజర్ దగ్గర ఘన-స్థితిని చర్చిస్తుంది. ఈ పరిశోధన సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్ టెక్నాలజీలో, ముఖ్యంగా మెడికల్ ఇమేజింగ్ మరియు టెలికమ్యూనికేషన్స్ వంటి అప్లికేషన్‌లకు కీలకమైన సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రమ్‌లో పురోగతిని హైలైట్ చేస్తుంది.

తదుపరి పఠనం:స్పిన్-ఎక్స్‌ఛేంజ్ ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం సాలిడ్-స్టేట్ నియర్-ఐఆర్ లేజర్

2. సెమీకండక్టర్ లేజర్స్

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

·ఇటీవలి పరిణామాలు: అల్ట్రాఫాస్ట్ సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల నుండి ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలపై U. కెల్లర్ యొక్క పని డయోడ్-పంప్ చేయబడిన సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల నుండి స్థిరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనల ఉత్పత్తికి సంబంధించిన అంతర్దృష్టులను అందిస్తుంది. ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ మెట్రాలజీలో అనువర్తనాలకు ఈ పురోగతి ముఖ్యమైనది.

తదుపరి పఠనం:అల్ట్రాఫాస్ట్ సాలిడ్-స్టేట్ మరియు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల నుండి ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలు

3. గ్యాస్ లేజర్స్

·గ్యాస్ లేజర్‌లలో ఆప్టికల్ పంపింగ్: ఆల్కలీ ఆవిరి లేజర్‌ల వంటి కొన్ని రకాల గ్యాస్ లేజర్‌లు ఆప్టికల్ పంపింగ్‌ను ఉపయోగించుకుంటాయి. ఈ లేజర్‌లు తరచుగా నిర్దిష్ట లక్షణాలతో పొందికైన కాంతి వనరులు అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించబడతాయి.

 

 

ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం మూలాలు

ఉత్సర్గ దీపాలు: ల్యాంప్-పంప్ చేయబడిన లేజర్‌లలో సాధారణం, ఉత్సర్గ దీపాలను వాటి అధిక శక్తి మరియు విస్తృత స్పెక్ట్రం కోసం ఉపయోగిస్తారు. YA మాండ్రికో మరియు ఇతరులు. సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్స్ యొక్క యాక్టివ్ మీడియా ఆప్టికల్ పంపింగ్ జినాన్ ల్యాంప్స్‌లో ఇంపల్స్ ఆర్క్ డిశ్చార్జ్ జనరేషన్ యొక్క పవర్ మోడల్‌ను అభివృద్ధి చేసింది. సమర్థవంతమైన లేజర్ ఆపరేషన్ కోసం కీలకమైన ఇంపల్స్ పంపింగ్ ల్యాంప్స్ పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడంలో ఈ మోడల్ సహాయపడుతుంది.

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

తదుపరి పఠనం:లేజర్ డయోడ్ అంటే ఏమిటి?

ఫ్లాష్ లాంప్స్: ఫ్లాష్ ల్యాంప్‌లు అనేది రూబీ లేదా Nd:YAG లేజర్‌ల వంటి సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లను పంపింగ్ చేయడానికి సాధారణంగా ఉపయోగించే తీవ్రమైన, విస్తృత-స్పెక్ట్రమ్ కాంతి వనరులు. అవి లేజర్ మాధ్యమాన్ని ఉత్తేజపరిచే అధిక-తీవ్రతతో కూడిన కాంతిని అందిస్తాయి.

ఆర్క్ లాంప్స్: ఫ్లాష్ ల్యాంప్‌ల మాదిరిగానే కానీ నిరంతర ఆపరేషన్ కోసం రూపొందించబడింది, ఆర్క్ ల్యాంప్‌లు తీవ్రమైన కాంతికి స్థిరమైన మూలాన్ని అందిస్తాయి. అవి నిరంతర వేవ్ (CW) లేజర్ ఆపరేషన్ అవసరమయ్యే అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడతాయి.

LED లు (కాంతి ఉద్గార డయోడ్‌లు): లేజర్ డయోడ్‌ల వలె సాధారణం కానప్పటికీ, LED లను కొన్ని తక్కువ-పవర్ అప్లికేషన్‌లలో ఆప్టికల్ పంపింగ్ కోసం ఉపయోగించవచ్చు. వాటి సుదీర్ఘ జీవితం, తక్కువ ధర మరియు వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలలో లభ్యత కారణంగా ఇవి ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయి.

సూర్యకాంతి: కొన్ని ప్రయోగాత్మక సెటప్‌లలో, సాంద్రీకృత సూర్యకాంతి సోలార్-పంప్ చేయబడిన లేజర్‌ల కోసం పంప్ సోర్స్‌గా ఉపయోగించబడింది. ఈ పద్ధతి సౌర శక్తిని ఉపయోగించుకుంటుంది, ఇది పునరుత్పాదక మరియు ఖర్చుతో కూడుకున్న మూలంగా మారుతుంది, అయినప్పటికీ ఇది కృత్రిమ కాంతి వనరులతో పోలిస్తే తక్కువ నియంత్రణ మరియు తక్కువ తీవ్రత కలిగి ఉంటుంది.

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

ఇతర లేజర్లు: కొన్నిసార్లు, ఒక లేజర్ మరొక దానిని పంప్ చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, డై లేజర్‌ను పంప్ చేయడానికి ఫ్రీక్వెన్సీ-డబుల్ Nd: YAG లేజర్‌ని ఉపయోగించవచ్చు. సాంప్రదాయిక కాంతి వనరులతో సులభంగా సాధించలేని పంపింగ్ ప్రక్రియ కోసం నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాలు అవసరమైనప్పుడు ఈ పద్ధతి తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది. 

 

డయోడ్-పంప్డ్ సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్

ప్రారంభ శక్తి మూలం: ప్రక్రియ డయోడ్ లేజర్‌తో ప్రారంభమవుతుంది, ఇది పంప్ మూలంగా పనిచేస్తుంది. డయోడ్ లేజర్‌లు వాటి సామర్థ్యం, ​​కాంపాక్ట్ పరిమాణం మరియు నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద కాంతిని విడుదల చేసే సామర్థ్యం కోసం ఎంపిక చేయబడతాయి.

పంప్ లైట్:డయోడ్ లేజర్ సాలిడ్-స్టేట్ గెయిన్ మీడియం ద్వారా గ్రహించబడే కాంతిని విడుదల చేస్తుంది. డయోడ్ లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం లాభం మాధ్యమం యొక్క శోషణ లక్షణాలతో సరిపోలడానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.

ఘన-స్థితిమీడియం పొందండి

మెటీరియల్:DPSS లేజర్‌లలోని లాభ మాధ్యమం సాధారణంగా Nd:YAG (నియోడైమియం-డోప్డ్ Yttrium అల్యూమినియం గార్నెట్), Nd:YVO4 (నియోడైమియమ్-డోప్డ్ Yttrium Orthovanadate) లేదా Yb:YAG (Ytterbium-డోప్డ్ Yttrium 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 లాభం మాధ్యమంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, అరుదైన-భూమి అయాన్లు ఈ శక్తిని గ్రహిస్తాయి మరియు అధిక శక్తి స్థితులకు ఉత్తేజితమవుతాయి.

జనాభా విలోమం

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

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

 

ఆప్టికల్ రెసొనేటర్

అద్దాలు: లాభం మాధ్యమం ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ లోపల ఉంచబడుతుంది, సాధారణంగా మాధ్యమం యొక్క ప్రతి చివర రెండు అద్దాల ద్వారా ఏర్పడుతుంది.

ఫీడ్‌బ్యాక్ మరియు యాంప్లిఫికేషన్: అద్దాలలో ఒకటి ఎక్కువగా ప్రతిబింబిస్తుంది మరియు మరొకటి పాక్షికంగా ప్రతిబింబిస్తుంది. ఫోటాన్లు ఈ అద్దాల మధ్య ముందుకు వెనుకకు బౌన్స్ అవుతాయి, ఎక్కువ ఉద్గారాలను ప్రేరేపిస్తాయి మరియు కాంతిని పెంచుతాయి.

 

లేజర్ ఎమిషన్

పొందికైన కాంతి: విడుదలయ్యే ఫోటాన్‌లు పొందికగా 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 పుంజం ఏర్పడుతుంది.

 

పంపింగ్ జామెట్రీస్: సైడ్ vs. ఎండ్ పంపింగ్

 

పంపింగ్ పద్ధతి వివరణ అప్లికేషన్లు ప్రయోజనాలు సవాళ్లు
సైడ్ పంపింగ్ పంప్ లైట్ లేజర్ మాధ్యమానికి లంబంగా ప్రవేశపెట్టబడింది రాడ్ లేదా ఫైబర్ లేజర్స్ పంప్ లైట్ యొక్క ఏకరీతి పంపిణీ, అధిక-శక్తి అనువర్తనాలకు అనుకూలం ఏకరీతి కాని లాభం పంపిణీ, తక్కువ పుంజం నాణ్యత
పంపింగ్ ముగించు లేజర్ పుంజం వలె అదే అక్షం వెంట పంప్ లైట్ Nd:YAG వంటి సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లు ఏకరీతి లాభం పంపిణీ, అధిక పుంజం నాణ్యత సంక్లిష్ట అమరిక, అధిక-శక్తి లేజర్‌లలో తక్కువ సమర్థవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లడం

ఎఫెక్టివ్ పంప్ లైట్ కోసం అవసరాలు

 

అవసరం ప్రాముఖ్యత ఇంపాక్ట్/బ్యాలెన్స్ అదనపు గమనికలు
స్పెక్ట్రమ్ అనుకూలత తరంగదైర్ఘ్యం తప్పనిసరిగా లేజర్ మాధ్యమం యొక్క శోషణ స్పెక్ట్రంతో సరిపోలాలి సమర్థవంతమైన శోషణ మరియు సమర్థవంతమైన జనాభా విలోమాన్ని నిర్ధారిస్తుంది -
తీవ్రత కావలసిన ఉత్తేజిత స్థాయికి తగినంత ఎత్తులో ఉండాలి మితిమీరిన అధిక తీవ్రతలు ఉష్ణ నష్టాన్ని కలిగిస్తాయి; చాలా తక్కువ జనాభా విలోమాన్ని సాధించదు -
బీమ్ నాణ్యత ఎండ్-పంప్డ్ లేజర్‌లలో ముఖ్యంగా క్లిష్టమైనది సమర్థవంతమైన కలయికను నిర్ధారిస్తుంది మరియు విడుదలయ్యే లేజర్ పుంజం నాణ్యతకు దోహదం చేస్తుంది పంప్ లైట్ మరియు లేజర్ మోడ్ వాల్యూమ్ యొక్క ఖచ్చితమైన అతివ్యాప్తి కోసం అధిక బీమ్ నాణ్యత కీలకం
పోలరైజేషన్ అనిసోట్రోపిక్ లక్షణాలతో మీడియా కోసం అవసరం శోషణ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు విడుదలయ్యే లేజర్ కాంతి ధ్రువణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది నిర్దిష్ట ధ్రువణ స్థితి అవసరం కావచ్చు
తీవ్రత శబ్దం తక్కువ శబ్దం స్థాయిలు కీలకం పంప్ లైట్ తీవ్రతలో హెచ్చుతగ్గులు లేజర్ అవుట్‌పుట్ నాణ్యత మరియు స్థిరత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి అధిక స్థిరత్వం మరియు ఖచ్చితత్వం అవసరమయ్యే అప్లికేషన్‌లకు ముఖ్యమైనది
సంబంధిత లేజర్ అప్లికేషన్
సంబంధిత ఉత్పత్తులు

పోస్ట్ సమయం: డిసెంబర్-01-2023