Који је принцип рада 1535нм ербијум стакленог ласера?

Тхе1535нм ербијум стаклени ласеригра кључну улогу у савременим технолошким областима и проналази широку{0}}примену. Широко се користи у областима као што су ласерско одређивање опсега, оптичка-комуникација и медицинска естетика. Овај чланак има за циљ да пружи детаљно излагање његових принципа рада, удубљујући се у различите аспекте, од основних компоненти до основних физичких процеса, кључних система енергетског нивоа, утицаја материјала матрикса и техника за побољшање ефикасности. Свеобухватним разумевањем ових принципа, можемо боље схватити карактеристике перформанси и потенцијал примене овог типа ласера.

И. Основне компоненте ласера

Средњи добитак

Медијум за појачање стакленог ласера ​​са 1535 нм допираног ербијумом- је специјално стакло допирано јонима ербијума (Ер³⁺). Стаклена матрица обезбеђује стабилно окружење за јоне ербијума, што значајно утиче на њихове спектралне карактеристике. У погледу структуре енергетског нивоа, јони ербијума показују различите нивое основног, побуђеног и метастабилног стања. Ови нивои енергије су неопходни за генерисање ласера. На пример, под специфичним условима побуде, електрони прелазе између различитих енергетских нивоа, постављајући основу за накнадне процесе појачавања светлости.

Извор пумпе

Уобичајени извори пумпи укључују полупроводничке ласерске диоде (ЛД), које типично емитују таласне дужине од 980 нм или 808 нм. Њихова главна функција је да обезбеде енергију за побуђивање јона ербијума. Различити извори пумпи имају своје јединствене карактеристике и применљиве сценарије. На пример, систем на три-система који користи шему пумпе од 980нм има одређене предности, док квази-дво-систем који користи шему пумпе од 1480нм такође показује специфичне предности. Разумевање ових разлика нам омогућава да изаберемо одговарајући извор пумпе на основу стварних потреба.

Оптичка резонантна шупљина

Оптичка резонантна шупљина се састоји од потпуно рефлектујућег огледала и огледала који делимично преноси. Фотони се одбијају напред-назад унутар њега, формирајући осцилирајуће светлосно поље. Овај процес је од виталног значаја за појачавање ласера ​​и коначно његово избацивање. Штавише, параметри дизајна резонантне шупљине, као што су рефлексивност и дужина шупљине, директно утичу на перформансе ласера. Разумна подешавања ових параметара могу оптимизовати излазни квалитет ласера.

ИИ. Основни физички процеси

Апсорпција пумпе

Када извор пумпе емитује фотоне одређене таласне дужине, јони ербијума их апсорбују, узрокујући да електрони прелазе из основног стања у побуђено стање. Овај корак је кључ за убризгавање енергије у систем. Међутим, неколико фактора утиче на ефикасност апсорпције пумпе, укључујући интензитет светлости пумпе и концентрацију јона ербијума. Само када ови фактори достигну одговарајућу равнотежу, може се постићи ефикасна апсорпција пумпе.

Без{0}}радијативна релаксација

Након достизања виших побуђених стања, јони ербијума брзо прелазе на ниво метастабилног стања кроз интеракције са вибрацијама решетке (фононима) стаклене матрице, ослобађајући фононе у процесу. Иако се током ове фазе не генеришу фотони, он игра кључну улогу у постизању инверзије популације. Поред тога, енергија фонона различитих материјала матрикса утиче на -брзину релаксације без зрачења, чиме утиче на ефикасност луминисценције узлазне конверзије.

Популациона инверзија

Континуирано пумпање и брза не{0}}радијативна релаксација изазивају акумулацију великог броја јона ербијума на нивоу метастабилног стања. Када број јона на овом нивоу премаши онај на нижим нивоима, долази до инверзије популације, стварајући неопходан услов за појачавање светлости. Међутим, остваривање инверзије популације суочава се са многим изазовима, који захтевају прецизну контролу над различитим параметрима. Само испуњавањем релевантних услова може се постићи ефективна инверзија популације.

Стимулисана емисија

Једном када се успостави инверзија популације, фотони -генерисани спонтаном емисијом или постојећи фотони унутар резонантне шупљине индукују прелазе јона ербијума из метастабилног стања назад на ниже нивое, ослобађајући "клониране" фотоне идентичне инцидентним. Ово резултира појачањем светлости. Посебно, стимулисана емисија производи фотоне са доследном фреквенцијом, фазом, смером поларизације и смером ширења, што значајно доприноси високој кохерентности ласера.

Ласерска осцилација

Како се стимулисана емисија наставља, број фотона расте експоненцијално. Када појачање надмаши губитке, формирају се стабилне ласерске осцилације, што доводи до излаза високог{1}}интензитета, високо усмереног, монохроматског и кохерентног ласерског зрака. Неколико фактора утиче на време успостављања и стабилност ласерске осцилације. Савладавање ових утицајних елемената нам омогућава да их ефикасно контролишемо, обезбеђујући висок{4}}квалитетни ласерски излаз.

ИИИ. Кључни системи нивоа енергије и пумпни механизми

Кључна структура енергетског нивоа Ер³⁺ јона

Структура енергетског нивоа Ер³⁺ јона укључује важне кластере као што су 4И₁₅/₂ (основно стање), 4И₁₃/₂ (горњи ниво ласера/метастабилно стање) и 4И₁₁/₂ (ниво пумпе). Због Старковог ефекта, сваки ниво се дели на више под-нивоа, формирајући траке. Овај феномен дубоко утиче на спектралне карактеристике. Разумевање ових промена нам помаже да прецизно анализирамо и предвидимо понашање наочара-допираних ербијумом.

Поређење главних шема пумпања

980нм шема пумпања (систем од три-нивоа):Његов процес побуђивања укључује прво подстицање електрона до виших енергетских нивоа, након чега следи не-радијативна релаксација до горњег ласерског нивоа. Предности укључују лако филтрирање преосталог светла пумпе и нижи коефицијент буке. Међутим, његова теоријска квантна ефикасност је око 64%.

1480нм шема пумпања (квази-дво{2}}систем система):Директно узбудљиви електрони на горњи ниво ласера ​​нуде већу квантну ефикасност, потенцијално преко 90%, што га чини погодним за велику-излазну снагу. Ипак, не може у потпуности постићи инверзију популације, што резултира релативно лошим перформансама буке. Избор одговарајуће шеме пумпања зависи од специфичних захтева примене.

ИВ. Утицај и избор матричних материјала

Уобичајене матричне наочаре и њихове карактеристике

Силикатно стакло:Поседује добру механичку чврстоћу и хемијску стабилност, компатибилан са процесима производње влакана. Међутим, његова релативно висока енергија фонона утиче на не-стопе релаксације одређених енергетских нивоа.

Фосфатно стакло:Показује високу растворљивост Ер³⁺ јона, омогућавајући високе концентрације без ефеката гашења концентрације. Његова умерена енергија фонона обезбеђује ефикасне прелазе без{1}}зрачења уз одржавање дугог века трајања горњег ласерског нивоа.

Флуоридно стакло:Као што је ЗБЛАН стакло, које карактерише изузетно ниска енергија фонона, потискује више-фононске не-процесе релаксације, што га чини идеалним за ласерски излаз средњег{2}}инфрацрвеног опсега.

Утицај матрице на животни век кључних енергетских нивоа

Према закону енергетског јаза, енергија фонона матрице одређује не-брзину релаксације, утичући на век трајања различитих нивоа енергије. Конкретно, у вези са транзицијом 4И₁₁/₂→4И₁₃/₂ и транзицијом 4И₁₃/₂→4И₁₅/₂, различите матрице показују различите перформансе због разлика у енергијама фонона. Упоређивање ових варијација помаже нам да изаберемо најприкладнији материјал матрице.

В. Технике побољшања ефикасности и оптимизације перформанси

Ко{0}}Технологије за допинг и сензибилизацију

Ер³⁺-Иб³⁺ систем:Иб³⁺ јони имају широке и јаке пресеке апсорпције-у опсегу од 900-1000 нм. Кроз не-пренос енергије, они индиректно пумпају Ер³⁺ јоне, побољшавајући укупну ефикасност апсорпције система и побољшавајући перформансе ласера. Бројне студије показују практичне предности ове технике ко-допинга.

Друге ко{0}}комбинације допинга:Истраживачи настављају да истражују нове комбинације како би додатно побољшали својства ласера. Свака комбинација доноси јединствени напредак, гурајући напред технолошки напредак.

Напредни дизајн резонантне шупљине и сужавање ширине линије

За апликације које захтевају високу прецизност, као што су кохерентна комуникација, прецизно сенсинг и метрологија, сужавање ширине ласерске линије постаје императив. Специјални дизајни резонантних шупљина решавају ову потребу. Док постизање сужавања ширине линије представља техничке изазове, укључујући сложене дизајне оптичких компоненти и прецизне технологије обраде, успешна имплементација у великој мери побољшава применљивост ласера.

ВИ. Закључак

Укратко, принцип стакленог ласера ​​допираног ербијумом- од 1535 нм обухвата више аспеката, од основних компоненти до сложених физичких процеса, кључних система нивоа енергије, одабира материјала за матрицу и напредних техника оптимизације. Овладавање овим садржајима нам омогућава да дубоко разумемо механизме његовог рада, усмеравајући будућа истраживања. Уз континуирано истраживање и иновације, очекујемо шире примене и побољшане перформансе таквих ласера, што ће значајно допринети научном развоју и друштвеном развоју.

Контакт информације:

Ако имате било какву идеју, слободно разговарајте са нама. Без обзира где се налазе наши купци и који су наши захтеви, ми ћемо следити наш циљ да нашим купцима пружимо висок квалитет, ниске цене и најбољу услугу.