Лазерная накачка
Накачка лазера — это акт передачи энергии от внешнего источника в усиливающую среду лазера . Энергия поглощается средой, создавая возбужденные состояния в ее атомах. Когда количество частиц в одном возбужденном состоянии превышает количество частиц в основном или менее возбужденном состоянии, достигается инверсия населенностей . В этом состоянии может иметь место механизм вынужденного излучения , и среда может действовать как лазер или оптический усилитель . Мощность накачки должна быть выше порога генерации лазера.
Энергия накачки обычно предоставляется в виде света или электрического тока , но используются и более экзотические источники, такие как химические или ядерные реакции .
Лазер, накачиваемый дуговой лампой или лампой-вспышкой, обычно накачивается через боковую стенку активной среды, которая часто представляет собой кристаллический стержень, содержащий металлическую примесь, или стеклянную трубку, содержащую жидкий краситель, в состоянии, известном как "боковая прокачка". Чтобы использовать энергию лампы наиболее эффективно, лампы и среда генерации заключены в отражающую полость, которая перенаправляет большую часть энергии лампы в стержень или кювету с красителем.
В наиболее распространенной конфигурации усиливающая среда выполнена в виде стержня, расположенного в одном фокусе зеркального резонатора, состоящего из эллиптического поперечного сечения, перпендикулярного оси стержня. Лампа-вспышка представляет собой трубку, расположенную в другом фокусе эллипса. Часто покрытие зеркала выбирается для отражения длин волн , которые короче, чем выходная мощность лазера, при поглощении или передаче длин волн, которые такие же или больше, чтобы свести к минимуму тепловое линзирование.. В других случаях используется поглотитель для более длинных волн. Часто лампа окружена цилиндрической оболочкой, называемой расходомерной трубкой. Эта расходомерная трубка обычно изготавливается из стекла, которое поглощает неподходящие длины волн, такие как ультрафиолетовое излучение, или обеспечивает путь для охлаждающей воды, поглощающей инфракрасное излучение. Часто на куртку наносят диэлектрическое покрытие , которое отражает свет неподходящей длины волны обратно в лампу. Этот свет поглощается, а часть его повторно излучается на подходящих длинах волн. Расходомерная трубка также служит для защиты стержня в случае резкого отказа лампы.
Меньшие эллипсы создают меньше отражений (состояние, называемое «близкой связью»), что дает более высокую интенсивность в центре стержня. [1] Для одиночной лампы-вспышки, если лампа и стержень имеют одинаковый диаметр, эллипс, ширина которого в два раза больше его высоты, обычно наиболее эффективен для отражения света в стержне. Стержень и лампа имеют относительно большую длину, чтобы минимизировать влияние потерь на торцах и обеспечить достаточную длину усиливающей среды. Более длинные лампы-вспышки также более эффективно преобразовывают электрическую энергию в свет из-за более высокого импеданса . [2] Однако, если стержень слишком длинный по отношению к его диаметру, может возникнуть состояние, называемое «предварительной генерацией», когда энергия стержня истощается до того, как она сможет должным образом накопиться. [3]Концы стержней часто покрывают просветляющим покрытием или обрезают под углом Брюстера, чтобы свести к минимуму этот эффект. [4] Плоские зеркала также часто используются на концах полости насоса для уменьшения потерь. [5]
В вариантах этой конструкции используются более сложные зеркала, состоящие из перекрывающихся эллиптических форм, что позволяет нескольким лампам-вспышкам накачивать один стержень. Это обеспечивает большую мощность, но менее эффективно, потому что не весь свет правильно отображается на стержне, что приводит к увеличению тепловых потерь. Эти потери можно свести к минимуму, если использовать замкнутый резонатор. Однако этот подход может обеспечить более симметричную накачку, повысив качество пучка. [5]
