1535nm Erbium shisha lazerining ishlash printsipi nima?

The1535nm erbiy shisha lazerzamonaviy texnologik sohalarda hal qiluvchi rol o'ynaydi va keng ko'lamli{0}}ilovalarni topadi. U lazer diapazoni, optik tolali aloqa-va tibbiy estetika kabi sohalarda keng qo'llaniladi. Ushbu maqola asosiy komponentlardan asosiy jismoniy jarayonlarga, asosiy energiya darajasi tizimlariga, matritsaning moddiy ta'siriga va samaradorlikni oshirish usullariga qadar turli jihatlarni o'rganib, uning ishlash tamoyillarini batafsil ko'rsatishga qaratilgan. Ushbu tamoyillarni har tomonlama tushunib, biz ushbu lazer turining ishlash xususiyatlarini va qo'llash imkoniyatlarini yaxshiroq tushunishimiz mumkin.

I. Lazerning asosiy komponentlari

O'rtacha daromad olish

1535 nm erbiy{1}}qo‘shilgan shisha lazerining daromadli muhiti erbiy ionlari (Er³⁺) bilan qoplangan maxsus shishadir. Shisha matritsa erbium ionlari uchun barqaror muhitni ta'minlaydi, bu ularning spektral xususiyatlariga sezilarli ta'sir qiladi. Energiya darajasining tuzilishi nuqtai nazaridan, erbium ionlari asosiy holat, qo'zg'aluvchan holat va metastabil holat darajalarini namoyish etadi. Bu energiya darajalari lazer ishlab chiqarish uchun zarurdir. Masalan, ma'lum qo'zg'alish sharoitida elektronlar turli energiya darajalari o'rtasida o'tadi va keyingi yorug'likni kuchaytirish jarayonlari uchun asos yaratadi.

Nasos manbai

Umumiy nasos manbalari orasida odatda 980nm yoki 808nm to'lqin uzunliklarini chiqaradigan yarimo'tkazgichli lazer diodlari (LD) mavjud. Ularning asosiy vazifasi erbium ionlarini qo'zg'atish uchun energiya berishdir. Turli xil nasos manbalarining o'ziga xos xususiyatlari va qo'llaniladigan stsenariylari mavjud. Masalan, 980 nm nasos sxemasidan foydalanadigan uch-darajali tizim ma'lum afzalliklarga ega, 1480 nm nasos sxemasidan foydalanadigan kvaz-ikki darajali tizim ham o'ziga xos kuchli tomonlarini namoyish etadi. Ushbu farqlarni tushunish bizga haqiqiy ehtiyojlar asosida tegishli nasos manbasini tanlash imkonini beradi.

Optik rezonans bo'shlig'i

Optik rezonans bo'shlig'i to'liq aks ettiruvchi oyna va qisman uzatuvchi oynadan iborat. Fotonlar uning ichida oldinga va orqaga sakrab, tebranuvchi yorug'lik maydonini hosil qiladi. Bu jarayon lazerni kuchaytirish va oxir-oqibat uni chiqarish uchun juda muhimdir. Bundan tashqari, aks sado bo'shlig'ining dizayn parametrlari, masalan, aks ettirish va bo'shliq uzunligi lazerning ishlashiga bevosita ta'sir qiladi. Ushbu parametrlarga oqilona tuzatishlar lazerning chiqish sifatini optimallashtirishi mumkin.

II. Asosiy jismoniy jarayonlar

Nasosning yutilishi

Nasos manbai ma'lum to'lqin uzunlikdagi fotonlarni chiqarganda, erbium ionlari ularni o'zlashtiradi, bu esa elektronlarning asosiy holatdan qo'zg'aluvchan holatga o'tishiga olib keladi. Ushbu qadam tizimga energiya kiritishning kalitidir. Biroq, nasosning assimilyatsiya samaradorligiga bir qancha omillar ta'sir qiladi, jumladan, nasos yorug'ligining intensivligi va erbium ionlarining kontsentratsiyasi. Faqatgina ushbu omillar tegishli muvozanatga erishganda, nasosning samarali singishiga erishish mumkin.

-Radiativ boʻlmagan yengillik

Yuqori hayajonlangan holatlarga erishgandan so'ng, erbium ionlari shisha matritsaning panjara tebranishlari (fononlari) bilan o'zaro ta'sir qilish orqali tezda metastabil holat darajasiga o'tadi va bu jarayonda fononlarni chiqaradi. Ushbu bosqichda fotonlar hosil bo'lmasa ham, u populyatsiya inversiyasiga erishishda muhim rol o'ynaydi. Bundan tashqari, turli matritsa materiallarining fonon energiyasi-radiatsion bo'lmagan relaksatsiya tezligiga ta'sir qiladi va shu bilan yuqoriga o'tish lyuminesans samaradorligiga ta'sir qiladi.

Populyatsiya inversiyasi

Uzluksiz nasos va-radiatsion bo'lmagan relaksatsiya metastabil holat darajasida ko'p miqdorda erbiy ionlarining to'planishiga olib keladi. Bu darajadagi ionlar soni quyi darajalardagidan oshib ketganda, populyatsiya inversiyasi sodir bo'lib, yorug'likni kuchaytirish uchun zarur shart-sharoit yaratadi. Biroq, populyatsiya inversiyasini amalga oshirish turli parametrlar ustidan aniq nazoratni talab qiluvchi ko'plab qiyinchiliklarga duch keladi. Tegishli shartlarni bajarish orqaligina populyatsiyaning samarali inversiyasiga erishish mumkin.

Rag'batlantirilgan emissiya

Populyatsiya inversiyasi aniqlangandan so'ng, o'z-o'zidan emissiya{0}}hosil qilingan fotonlar yoki rezonans bo'shlig'idagi mavjud fotonlar erbium ionlarining metastabil holatdan pastki darajalarga o'tishini keltirib chiqaradi va hodisa sodir bo'lganlarga o'xshash "klonlangan" fotonlarni chiqaradi. Bu yorug'likning kuchayishiga olib keladi. Ta'kidlash joizki, stimulyatsiya qilingan emissiya izchil chastota, faza, qutblanish yo'nalishi va tarqalish yo'nalishi bo'lgan fotonlarni ishlab chiqaradi va lazerning yuqori kogerentligiga sezilarli hissa qo'shadi.

Lazer tebranishi

Rag'batlantirilgan emissiya davom etar ekan, fotonlar soni eksponent ravishda oshadi. Daromad yo'qotishlardan oshib ketganda, barqaror lazer tebranishi hosil bo'lib, yuqori intensivlikdagi, yuqori-yo'nalishli, monoxromatik va kogerent lazer nurlarining chiqishiga olib keladi. Lazer tebranishini o'rnatish vaqti va barqarorligiga bir qancha omillar ta'sir qiladi. Ushbu ta'sir etuvchi elementlarni o'zlashtirish bizga ularni samarali boshqarish imkonini beradi va yuqori sifatli lazer chiqishini ta'minlaydi.

III. Asosiy energiya darajasi tizimlari va nasos mexanizmlari

Er³⁺ ionlarining asosiy energiya darajasidagi tuzilishi

Er³⁺ ionlarining energiya darajasi tuzilishi 4I₁₅/₂ (asosiy holat), 4I₁₃/₂ (yuqori lazer darajasi/metastabil holat) va 4I₁₁/₂ (nasos darajasi) kabi muhim klasterlarni oʻz ichiga oladi. Stark effekti tufayli har bir daraja bir nechta pastki{4}}darajalarga bo‘linib, bandlarni hosil qiladi. Ushbu hodisa spektral xususiyatlarga chuqur ta'sir qiladi. Bu oʻzgarishlarni tushunish erbiy qoʻshilgan koʻzoynak-toʻgʻri tahlil qilish va harakatini bashorat qilishga yordam beradi.

Asosiy nasos sxemalarini taqqoslash

980nm nasos sxemasi (uch-darajali tizim):Uning qo'zg'alish jarayoni birinchi navbatda elektronlarni yuqori energiya darajasiga ko'tarishni, so'ngra -radiatsion bo'lmagan relaksatsiyani yuqori lazer darajasiga ko'tarishni o'z ichiga oladi. Afzalliklar orasida qoldiq nasos nurini oson filtrlash va shovqinning past koeffitsienti mavjud. Biroq, uning nazariy kvant samaradorligi taxminan 64% ni tashkil qiladi.

1480nm nasos sxemasi (Quazi-ikki{2}}darajali tizim):Yuqori lazer darajasiga to'g'ridan-to'g'ri hayajonli elektronlar yuqori kvant samaradorligini ta'minlaydi, potentsial 90% dan oshadi, bu esa uni yuqori-quvvat chiqishi uchun mos qiladi. Shunga qaramay, u populyatsiyaning inversiyasiga to'liq erisha olmaydi, bu esa nisbatan past shovqin ko'rsatkichlariga olib keladi. Tegishli nasos sxemasini tanlash maxsus dastur talablariga bog'liq.

IV. Matritsa materiallarining ta'siri va tanlovi

Umumiy matritsali ko'zoynaklar va ularning xususiyatlari

Silikat oynasi:Yaxshi mexanik kuch va kimyoviy barqarorlikka ega, tola ishlab chiqarish jarayonlariga mos keladi. Biroq, uning nisbatan yuqori fonon energiyasi ma'lum energiya darajalarining radiatsiyaviy bo'lmagan relaksatsiya tezligiga-ta'sir qiladi.

Fosfat shishasi:Er³⁺ ionlari uchun yuqori eruvchanlikni namoyish etadi, bu esa konsentratsiyani o'chirish effektlarisiz yuqori konsentratsiyalarga imkon beradi. Uning mo''tadil fonon energiyasi yuqori lazer sathining uzoq umr ko'rish muddatini saqlab,-radiatsion bo'lmagan samarali o'tishlarni ta'minlaydi.

Ftoridli shisha:Juda past fononli energiyaga ega ZBLAN oynasi kabi multi{0}fononli nurlanishsiz relaksatsiya jarayonlarini bostiradi, bu esa uni o'rta-infraqizil diapazonli lazer chiqishi uchun ideal qiladi.

Matritsaning asosiy energiya darajasiga ta'siri

Energiya bo'shlig'i qonuniga ko'ra, matritsaning fonon energiyasi{0}}radiatsion bo'lmagan relaksatsiya tezligini aniqlaydi va shu bilan turli energiya darajalarining ishlash muddatiga ta'sir qiladi. Xususan, 4I₁₁/₂→4I₁₃/₂ oʻtish va 4I₁₃/₂→4I₁₅/₂ oʻtish bilan bogʻliq holda, turli matritsalar fonon energiyalaridagi farqlar tufayli turli koʻrsatkichlarni koʻrsatadi. Ushbu o'zgarishlarni taqqoslash bizga eng mos matritsa materialini tanlashga yordam beradi.

V. Samaradorlikni oshirish va samaradorlikni optimallashtirish usullari

Ko-doping va sensitizatsiya texnologiyalari

Er³⁺-Yb³⁺ tizimi:Yb³⁺ ionlari 900-1000nm diapazonda keng va kuchli yutilish kesimlariga ega. Radiatsiyaviy bo'lmagan energiyani o'tkazish orqali ular bilvosita Er³⁺ ionlarini pompalaydi, bu esa tizimning umumiy assimilyatsiya samaradorligini oshiradi va lazer ish faoliyatini yaxshilaydi. Ko'pgina tadqiqotlar ushbu qo'shma doping usulining amaliy afzalliklarini ko'rsatadi.

Boshqa doping kombinatsiyalari-Tadqiqotchilar lazer xususiyatlarini yanada yaxshilash uchun yangi kombinatsiyalarni o'rganishda davom etmoqdalar. Har bir kombinatsiya texnologik taraqqiyotni olg'a suradigan noyob yutuqlarni olib keladi.

Kengaytirilgan rezonansli bo'shliq dizayni va chiziq kengligi torayishi

Muvofiq aloqa, aniqlik va metrologiya kabi yuqori aniqlikni talab qiladigan ilovalar uchun lazer chizig'ining kengligini toraytirish zarur bo'ladi. Maxsus rezonansli bo'shliq dizaynlari bu ehtiyojni qondiradi. Chiziq kengligini toraytirishga erishish murakkab optik komponentlar dizayni va aniq ishlov berish texnologiyalarini o'z ichiga olgan texnik qiyinchiliklarni keltirib chiqarsa-da, muvaffaqiyatli amalga oshirish lazerlarning qo'llanilishini sezilarli darajada yaxshilaydi.

VI. Xulosa

Xulosa qilib aytganda, 1535 nm erbiy{1}}doplangan shisha lazerining printsipi asosiy komponentlardan tortib murakkab jismoniy jarayonlar, asosiy energiya darajasi tizimlari, matritsa materiallarini tanlash va ilg'or optimallashtirish texnikasigacha bo'lgan bir nechta qirralarni o'z ichiga oladi. Ushbu tarkibni o'zlashtirish bizga uning ishlash mexanizmlarini chuqur tushunishga, kelajakdagi tadqiqot yo'nalishlarini boshqarishga imkon beradi. Doimiy izlanishlar va innovatsiyalar bilan biz ilmiy rivojlanish va ijtimoiy sohaga sezilarli hissa qo'shadigan bunday lazerlarning kengroq qo'llanilishi va yaxshilangan ishlashini kutmoqdamiz.

Bog'lanish uchun ma'lumot:

Agar sizda biron bir fikr bo'lsa, biz bilan gaplashing. Mijozlarimiz qayerda bo'lishidan va bizning talablarimiz qanday bo'lishidan qat'i nazar, biz mijozlarimizga yuqori sifat, arzon narxlar va eng yaxshi xizmatni taqdim etish maqsadimizga amal qilamiz.