Что такое лазерная накачка? Как источники накачки определяют характеристики лазера

Большинство лазерных проблем, проявляющихся на поздних этапах программы, восходят к накачке, а не к резонатору. Выходная мощность дрейфует по мере нагрева основания. Эффективность выглядит нормально на стенде и исчезает при −30 °C. Конструкция, соответствовавшая спецификации с одной партией диодов, не соответствует ей со следующей.

Резонатор обычно привлекает внимание, потому что именно там физика кажется интересной. Накачка — это то место, где живут тепло, дрейф и отказы.

Эта статья объясняет, что на самом деле делает лазерная накачка, чем отличаются основные архитектуры накачки и какие решения по выбору источника накачки определяют, сохраняет ли лазер свои характеристики при изменении температуры, времени и объёма производства.

LUMEXIS

Чистое помещение для сборки лазерного модуля

Лазерная накачка — это процесс инжекции энергии в активную среду для создания инверсной населённости — больше атомов в возбуждённом состоянии, чем в нижнем — чтобы вынужденное излучение могло обеспечить оптическое усиление. Энергия подаётся оптически (диоды, лампы-вспышки), электрически (ток через полупроводник или газ) или химически. Без накачки лазера нет.

Физика, в том объёме деталей, который действительно важен

В тепловом равновесии почти каждый атом в материале находится в основном состоянии. Пропустите через него свет — и свет поглотится. Это нормально, и это противоположно тому, что нужно лазеру.

Накачка это переворачивает. Энергия толкает атомы в возбуждённое состояние быстрее, чем они распадаются, пока возбуждённых не станет больше, чем невозбуждённых. Как только такая инверсия существует, входящий фотон нужной энергии с большей вероятностью вынудит возбуждённый атом испустить идентичный фотон, чем будет поглощён. Свет, входящий в среду, выходит усиленным. Это оптическое усиление, и всё остальное в лазере — зеркала, модулятор добротности, выходной ответвитель — это механизмы, построенные вокруг него.

Две структурные детали определяют, насколько трудно достичь инверсии.

A четырёхуровневая активная среда сбрасывает атом на нижний лазерный уровень, который практически пуст при комнатной температуре, затем быстро сбрасывает его в основное состояние. Поскольку нижний уровень остаётся пустым, инверсия возникает, как только возбуждается крошечная доля ионов. Nd:YAG на 1064 нм работает именно так, и это во многом объясняет, почему он так снисходителен.

A квазитрёхуровневая среда имеет нижний лазерный уровень, который термически заселён. Вы боретесь с реабсорбцией собственного выходного излучения, поэтому значительная доля ионов должна быть возбуждена, прежде чем вы вообще увидите чистое усиление. Системы на иттербии и эрбии часто ведут себя именно так. Они требуют более высокой интенсивности накачки и гораздо более строгого теплового управления, и они наказывают недостаточно специфицированный источник накачки гораздо сильнее, чем четырёхуровневая конструкция.

Это различие стоит учитывать при проектировании, потому что оно определяет, какой запас по накачке вам нужен, прежде чем лазер вообще запустится на холодном конце вашего рабочего диапазона.

Между этими двумя находится классическая трёхуровневая система, которую стоит знать, потому что именно с неё началась эта область. В рубине лампа-вспышка поднимает ионы хрома в широкую полосу поглощения, откуда они безызлучательно переходят на метастабильный уровень примерно за 10⁻⁸ с. Затем этот уровень удерживает их около 10⁻³ с — на пять порядков дольше — так что населённость накапливается там, пока не превысит основное состояние и станет возможным выход на 694,3 нм. Соотношение между этими двумя временными масштабами — весь фокус, и оно вернётся позже в этой статье как то, что определяет, сколько энергии может запасти лазер с модуляцией добротности.

Насосный источник — это система, а не компонент

Инженеры задают накачку как длину волны и мощность. Поставщики отгружают узел. Между этими двумя утверждениями находятся четыре подсистемы, и любая из них может оказаться тем, что тихо отнимет у вас десять процентов выходной мощности.

Электроника управления. Длина волны, выходная мощность и срок службы диода зависят от тока и температуры его перехода. Драйвер с плохой стабилизацией тока, заметной пульсацией или неконтролируемым включением смещает длину волны излучения во время импульса и сокращает срок службы диода из-за переходных процессов. В квазинепрерывном режиме время нарастания тока напрямую формирует импульс накачки и, следовательно, запасённую энергию. Драйвер — не принадлежность источника накачки. Он часть его.

Излучатель. Одиночный излучатель, линейка или стек — и, внутри волоконно-связанного модуля, оптика формирования пучка, которая превращает крайне асимметричный выход диода во что-то, что волокно действительно примет.

Тракт связи. Коллимация по быстрой оси, коллимация по медленной оси, фокусировка, иногда поляризационное и спектральное мультиплексирование, и само волокно. Каждая поверхность здесь несёт потери на пропускание и тепловой коэффициент.

Тепловой тракт. Submount, solder, baseplate, interface material, cold plate. Junction temperature is what the physics responds to; case temperature is what the datasheet quotes. The difference between them is a property of this stack, not of the diode.

Полезная дисциплина при проектировании — спросить, что из этих четырёх вы покупаете, а что вам оставляют строить. Голый диод дёшев, потому что три из четырёх становятся вашей проблемой. Охарактеризованный волоконно-связанный модуль стоит дороже, потому что поставщик уже замкнул контур по всем четырём и может указать доставленную мощность на конце волокна в вашем температурном окне.

Оптическая, электрическая, химическая накачка — в чём разница

Есть три способа подачи энергии накачки, и на практике большинство инженеров встречают только два.

Оптическая накачка использует свет, согласованный с полосами поглощения активной среды. Лампы-вспышки делали это десятилетиями и всё ещё встречаются в высокоэнергетических импульсных системах, но они широкополосны, неэффективны и горячи: большая часть выхода лампы попадает вне полосы поглощения и превращается в отработанное тепло в кристалле. Лазерные диоды заменили их почти везде, потому что излучение диода можно разместить непосредственно на пике поглощения. Это единственное изменение — спектральное согласование — отвечает за большую часть прироста эффективности твердотельных лазеров за последние тридцать лет.

Электрическая накачка пропускает ток напрямую через активную среду. Газовые лазеры используют разряд. Полупроводниковые диодные лазеры используют ток через p-n переход, где рекомбинация непосредственно создаёт фотоны. Диодные лазеры — это устройства с электрической накачкой, которые сами используются как оптические накачки для других лазеров, и это действительно полезно чётко различать.

Химическая накачка извлекает инверсию из реакции, обычно горения водорода и фтора. Она масштабируется до очень высокой мощности без электрического питания, поэтому она вообще существует, но встречается редко и ограничена специализированными системами.

Для всего, что вы, вероятно, будете проектировать в продукт, вопрос не в том, какой из трёх использовать. Вопрос в том, какой диод накачки, на какой длине волны, в какой геометрии.

Поставьте методы рядом, и компромисс перестаёт быть тонким.

Две сноски о методах, которых большинство инженеров никогда не касаются. Газоразрядная накачка делится на непрерывный тлеющий разряд (HeNe, герметичный CO₂), радиочастотное возбуждение, которое создаёт более однородную плазму при более высоком давлении газа, и импульсный разряд с ультрафиолетовой предыонизацией — техника, которая позволяет эксимерным и TEA CO₂ лазерам работать как однородный объёмный разряд вместо коллапса в дугу. Химическая накачка также делится на два типа: системы HF и DF с горением и лазеры фотодиссоциации, где ультрафиолетовый свет расщепляет алкилиодид, такой как CF₃I, оставляя возбуждённые атомы йода, излучающие на 1,315 µm. Оба существуют потому, что масштабируются до уровней мощности, которые розетка не может обеспечить.

Что такое накачка с волоконным выводом?

Накачка с волоконной связью включает объединение выходов нескольких лазерных диодов в одно оптическое волокно через волоконный комбайнер для достижения накачки высокой яркости. Этот подход подходит для мощных волоконных лазеров и усилителей, обеспечивая лазерный выход на уровне киловатта или выше.

Преимущества накачки с волоконной связью включают высокую гибкость и упрощённое управление теплом; источник накачки может быть отделён от активного волокна, тем самым уменьшая занимаемую площадь лазера при повышении стабильности и надёжности системы. Кроме того, такие методы, как фиксация длины волны и спектральное объединение пучков, могут применяться для дальнейшего увеличения яркости накачки и достижения ещё более высокой выходной мощности.

Яркость, étendue, и почему связывание с оптоволокном — это сложная часть

Диодный излучатель — плохой оптический объект. Его выход сильно расходится по быстрой оси и почти дифракционно ограничен там, затем гораздо меньше расходится, но пространственно широк по медленной оси. Вы не можете исправить это более сильной фокусировкой. Произведение размера пятна и угла расходимости — étendue, или его обратная величина, яркость — сохраняется через любую пассивную оптическую систему. Вы можете обменять размер пучка на угол. Вы не можете уменьшить произведение.

Каждый элемент внутри модуля с волоконной связью существует для работы в рамках этого ограничения. Коллимация быстрой оси с короткофокусной цилиндрической микролинзой сначала укрощает расходящуюся ось, потому что неколлимированный свет быстрой оси — это именно то, что переполняет числовую апертуру волокна. Коллимация медленной оси и формирование пучка — ступенчатые зеркала, вращающиеся призменные массивы — затем перераспределяют пучок так, чтобы обе оси имели сопоставимое étendue. Только после этого фокусировка в сердцевину 105, 135 или 200 µm при 0,22 NA становится возможной без отбрасывания половины мощности на торце волокна.

Как только один излучатель находится в волокне, масштабирование яркости продолжается путём объединения пучков в измерениях, которые не стоят étendue: поляризационное объединение, которое сливает два ортогональных состояния через одну апертуру; спектральное объединение, которое сливает несколько длин волн через дихроичное зеркало или решётку; и, в волокне, (N+1)×1 сужающийся волоконный жгут, который объединяет несколько многомодовых волокон накачки вокруг сигнальной сердцевины.

Фиксация длины волны объёмной брэгговской решёткой также belongs в этом списке. Сужение диода от свободного спектра 3–4 nm до значительно менее 1 nm и привязка его к температуре — это не только исправление дрейфа — это то, что вообще делает спектральное объединение возможным, и это то, что позволяет использовать узкую особенность поглощения, такую как пик иттербия 976 nm с которого свободно работающий диод просто ушёл бы.

Вот где процесс поставщика либо проявляется, либо нет. Автоматизированное активное выравнивание во время волоконной связи и проверка доставленной мощности на соединителе, а не на чипе, — это вся разница между числом в datasheet и числом в системе. Наш производственный и испытательный процесс построен вокруг этого различия.

Торцевая накачка против боковой накачки

Где вы вводите свет накачки, меняет то, в чём лазер хорош.

Торцевая накачка подаёт накачку вдоль оси резонатора, обычно через дихроичное зеркало. Поскольку объём накачки можно сформировать так, чтобы он тесно перекрывался с модой резонатора, эффективность преобразования высока, а качество выходного пучка превосходно. Цена — сам пучок накачки должен быть хорошим — вы фокусируете его в малый объём, поэтому яркость важна, а тепловая нагрузка концентрируется на короткой длине кристалла. Тепловая линза проявляется рано.

Боковая накачка направляет диодные линейки радиально в стержень. Качество пучка накачки почти не имеет значения, поэтому можно использовать дешёвые мощные линейки и масштабироваться до многоваттного и более высокого выхода. Компромисс — менее однородное перекрытие с модой резонатора, что снижает эффективность и качество пучка.

Накачка оболочки — это волоконный эквивалент и заслуживает отдельного упоминания. Свет накачки запускается в большую многомодовую внутреннюю оболочку, а не в малую легированную сердцевину. Он распространяется вдоль волокна, многократно пересекая сердцевину и постепенно поглощаясь на метрах. Это то, что делает мощные волоконные лазеры практичными: это развязывает яркость накачки от требования попасть в крошечную сердцевину, позволяя относительно скромным диодам с волоконной связью обеспечивать одномодовый выход. Это архитектура, стоящая за большинством систем на иттербии и эрбий-иттербии с накачкой 976 nm, включая источники 1,5 µm, используемые в безопасных для глаз LiDAR.

Хорошие головки с боковой накачкой работают значительно сложнее, чем предполагает это описание. Обычная схема окружает стержень тремя диодными модулями под углом 120° и заключает его в стеклянную трубку, внешняя поверхность которой имеет высокоотражающее покрытие на длине волны накачки везде, кроме трёх узких антиотражающих полос, через которые модули вводят излучение. В результате получается замкнутая полость накачки: свет, который минует кристалл при первом проходе, отражается туда и обратно, пока не поглотится, и поскольку после многократных отражений он приходит с трёх направлений, распределение усиления по поперечному сечению стержня оказывается гораздо более однородным, чем можно было бы предположить для трёх дискретных пучков. Однородное усиление — это то, что сохраняет тепловую линзу симметричной, а это, в свою очередь, сохраняет выходной пучок круглым.

Квантовый дефект: тепло, которое невозможно спроектировать

Накачайте лазер на 808 нм и снимите излучение на 1064 нм — и разность энергий между этими фотонами не исчезнет. Она превращается в тепло в кристалле. Эта доля — это quantum defect, and it sets a hard floor on thermal load no matter how good your optics are.

At 808 nm into 1064 nm, roughly a quarter of every pumped photon’s energy is lost this way. It is the dominant heat source in a well-built DPSS laser, and heat is what drives thermal lensing, stress birefringence, and eventually crystal fracture.

This is why longer pump wavelengths became interesting. Pumping Nd:YAG at 885 or 888 nm instead of 808 nm cuts the quantum defect by more than half, with a corresponding drop in heat generation. There is a catch, and it is instructive: neodymium’s absorption is much weaker at 880 nm than at 808 nm. Weaker absorption means the pump penetrates further, so you need a longer crystal — 30 mm rather than the 8 mm or less typical of 808 nm designs. In exchange you spread the heat over a longer volume, which is exactly what you wanted.

At 888 nm there is a further benefit worth knowing about. Absorption becomes nearly polarization-insensitive, which removes the need for tight wavelength locking and aggressive temperature control on the pump diodes. For a field-deployed system, dropping a TEC and its control loop is a meaningful reduction in power draw, volume, and failure modes.

That is the shape of most real pumping decisions. There is rarely a free improvement — there is a trade you either make deliberately or discover during qualification.

This family of approaches has a name worth using, because it is what the literature and most datasheets call it: in-band или resonant pumping — depositing pump energy directly into the upper laser level rather than into a higher band that then relaxes into it. Pumping ytterbium at 976 nm to emit at 1030 nm leaves a quantum defect near 5%, roughly a fifth of what 808 nm into 1064 nm costs.

Thulium at 793 nm is the case that breaks the arithmetic in a useful direction. The raw photon-energy difference to 2 µm output looks catastrophic, close to 60%. But thulium exhibits cross-relaxation: one absorbed pump photon can end up exciting two ions, approaching 200% quantum efficiency, which brings the effective thermal load down to roughly 18%. Quantum defect computed from wavelengths alone is a first-order estimate. Before you accept it, check whether your gain medium has an energy-transfer mechanism that changes the answer — 793 nm pump sources exist precisely because it does here.

Быстрая справка по длине волны накачки

Most of the pumping decision collapses into one table: which wavelengths carry commercial solid-state and fibre lasers, what each is for, and roughly what each costs you in heat.

The pattern is consistent, and it is the single most useful thing to carry out of this table: the wavelengths that generate the least heat are the ones with the weakest, narrowest absorption, so they demand a longer crystal or tighter wavelength control in exchange. We build fibre-coupled pump sources across all of these bands, and the trade between thermal load and pump-source discipline is worth settling at the concept stage rather than during qualification.

Флуоресцентное время жизни, накопление энергии и рабочий цикл накачки

An excited ion does not wait indefinitely. The upper-level fluorescence lifetime is the average time it stays excited before decaying spontaneously, and it settles two commercially important questions: how much energy a Q-switched laser can store, and how long your pump pulse should be.

Nd:YVO₄ and Nd:YAG make the trade concrete. Vanadate’s emission cross-section is roughly five times that of YAG, which is why it lases at lower threshold and higher gain. But cross-section and lifetime pull in opposite directions: the same property that gives vanadate its gain drains the upper level in under 100 µs. YAG holds population longer and therefore yields more energy per Q-switched pulse.

The rule that follows is blunt: pumping for much longer than the upper-level lifetime does not store more energy. It just heats the crystal. Which is why pump duty cycle is a specification and not a detail:

• CW pumping — constant current, steady thermal load, stable thermal lens. Correct for continuous output and for repetition rates high enough that the thermal state never really changes.
• QCW pumping — the pump runs for a few hundred microseconds around each output pulse, then switches off. Because the diode dissipates during only a small fraction of the cycle, it can be driven to peak currents several times its CW rating, delivering far higher peak pump power from the same package while average thermal load stays low. The pump pulse should be on the order of the upper-level lifetime; longer buys nothing.
• Pulsed and burst modes — everything else, usually dictated by an application duty cycle rather than by the gain medium.

For a battery-powered rangefinder firing a few pulses per second, QCW is not an optimisation — it is the reason the product can exist at all. Er:стекло holds its inversion for milliseconds, so a modest diode can pump it slowly and a Q-switch can dump the result as a single high-peak-power 1535 nm pulse: eye-safe, and bright enough for kilometre-class дальнометрия from a handheld or UAV-mounted head. The same logic scales up in erbium-doped fibre for 1.5 µm LiDAR sources.

A datasheet that quotes only CW power tells you nothing about QCW capability. Ask for peak current rating, maximum pulse width and duty-cycle limit together — those three numbers, not the CW figure, decide what pulse energy you can build.

Что на самом деле ломается: дрейф длины волны и терморегулирование

A pump diode’s emission wavelength moves with junction temperature, typically around 0.3 nm per °C. The gain medium’s absorption peak does not move with it.

Run the math on that and the problem is obvious. A diode specified at 808 nm at 25 °C is emitting closer to 811 nm at 35 °C. If your crystal’s absorption band is a few nanometers wide, you have walked partly off the peak, absorbed less pump, and lost output — and the shortfall gets blamed on the crystal or the resonator, because those are easier to inspect.

Three approaches exist, and they suit different products.

Active temperature control with a TEC holds the diode at a fixed junction temperature. It works, and it costs power, volume, and a control loop that can itself fail. On a battery-powered or size-constrained platform this is often the wrong answer.

Wavelength-stabilized diodes using a volume Bragg grating lock emission largely independent of temperature. This costs more per diode and typically some efficiency, but it removes the TEC.

TEC-less design accepts the drift and engineers around it — choosing a broader absorption feature, biasing the nominal wavelength so the drift lands on-peak at the most demanding operating point, or accepting a specified output derating across temperature. Done deliberately, this produces the simplest and most robust system. Done accidentally, it produces a laser that works in the lab and disappoints in the field.

Our team designs for TEC-less operation wherever the application allows it, because for UAV, vehicle-mounted, and handheld platforms the removed complexity is usually worth more than the last few percent of efficiency. That analysis is application-specific, though, and it belongs in the first design review rather than the qualification phase.

Temperature control is only the last link in the chain. The junction temperature that sets your wavelength is the sum of everything between the active region and your cold plate: submount, solder, baseplate, thermal interface material. Aluminium nitride and copper-tungsten submounts are used because they conduct well and, more importantly, because their thermal expansion is close to the semiconductor’s — a mismatch here does not cause a thermal problem, it causes a mechanical one, as every power cycle works the solder joint a little further. Diamond appears where power density leaves no alternative.

Above that stack the choice is conduction cooling to a chassis, which is simple and sealed, or microchannel water cooling, which handles far higher flux but adds plumbing, corrosion and a failure mode that takes the diode with it.

Get this wrong and the failure is not gradual. Catastrophic optical mirror damage is the emitting facet melting under its own optical field, and it is a single-event, unrecoverable failure. Slow facet oxidation in a non-hermetic package is the same story told over years. Both are why derating matters: a diode run at 70% of rated current typically lives several times longer than one run at 100%, and that is usually a cheaper way to buy lifetime than a larger cooler.

Цепочка эффективности: куда на самом деле уходят 100 электрических ватт

Quantum defect is the loss engineers quote, but it is one term in a chain, and the chain is multiplicative. Work an 808 nm-pumped Nd:YAG example end to end with ordinary — not optimistic — numbers:

Roughly 19% wall-plug, and about 81 W of heat spread across the diode package, the coupling optics and the crystal. Two things fall out of that table. First, the largest single loss is the diode itself, not the quantum defect — which is why diode efficiency and coupling efficiency deserve the scrutiny normally reserved for the resonator. Second, moving to 888 nm improves exactly one line of this table, from 75.9% to 83.5% retained — worth around 2 W of extra output, but a great deal more in reduced crystal heating and thermal lensing.

Run the table with your own numbers before you commit to an architecture. It is the fastest way to find out whether your thermal budget is realistic, and it usually reorders the priority list.

Как скептически читать техническое описание накачивающего диода

Pump modules are commodity-priced and are not commodities. The differences that matter are mostly not on the front page of the datasheet.

Is the wavelength a specification or a typical value, and at what case temperature? A center wavelength quoted without a reference temperature and a tolerance is not a number you can design to.

What is the coupling efficiency into the delivery fiber, and how was it measured? Fiber-coupled power at the connector is the number that matters to your system. Chip power is not.

Каждое ли устройство прошло отбраковку прижиганием, или только образец? Diode lasers show early-life failures. Burn-in is the only practical way to find them before they find your customer, and screening every unit costs the supplier real yield — which is why some skip it.

What does the package do about moisture? Hermetic sealing is what keeps facet degradation from accumulating over years in humid or cycled environments. An unhermetic package can look identical on a datasheet and behave very differently at year three.

Is there data across the full operating window? Performance at 25 °C tells you almost nothing about performance at −40 °C or +70 °C. Ask for the temperature-cycled data, not the ambient bench test.

This is the reasoning behind how we build волоконно-связанных диодных источников накачки: incoming inspection, chip test, die bonding and chip-on-submount assembly, automated fiber coupling, hermetic sealing by parallel seam welding, then burn-in and full-window temperature cycling before final test. The vertical integration matters less as a marketing point than as a traceability one — when a unit behaves oddly, we can find out why. You can see the manufacturing and test capability behind that flow, or browse доступные модули лазерных источников если вы оцениваете конкретную длину волны и мощность.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между накачкой и генерацией лазерного излучения?
Накачка вносит энергию в активную среду для создания инверсии населённостей. Лазерная генерация — это то, что происходит далее: вынужденное излучение усиливает свет внутри резонатора, пока он не становится когерентным выходным пучком. Накачка — это вход; лазерная генерация — результат.

Почему лазерные диоды используются для накачки других лазеров?
Излучение диода может быть согласовано с узкой полосой поглощения активной среды, поэтому почти вся энергия накачки поглощается полезно, а не превращается в тепло. Лампы-вспышки излучают широкополосный свет, большая часть которого теряется. Диоды также служат гораздо дольше и работают при гораздо более низком напряжении.

Что такое квантовый дефект при накачке лазера?
Это разница энергий между фотоном накачки и лазерным фотоном, выделяемая в виде тепла в активной среде. При накачке Nd:YAG на 808 нм для излучения на 1064 нм таким образом теряется примерно четверть энергии фотона накачки. Это определяет минимальную тепловую нагрузку конструкции.

Что означает конечная накачка?
Наложение накачки вдоль оси резонатора, обычно через дихроичное зеркало, так что объём накачки тесно перекрывается с лазерной модой. Это обеспечивает высокую эффективность и хорошее качество пучка, но концентрирует тепло и требует достаточно яркого источника накачки.

Нужен ли контроль температуры для накачивающих диодов?
Не всегда. Длина волны излучения дрейфует примерно на 0,3 нм на °C, поэтому в некоторых конструкциях используется TEC или диод со стабилизацией длины волны. Другие спроектированы для работы без TEC за счёт выбора устойчивой полосы поглощения и смещения номинальной длины волны — проще и надёжнее там, где это позволяет применение.

Почему 976 нм используется для накачки волоконных лазеров?
Волокна, легированные иттербием и эрбием-иттербием, имеют сильную полосу поглощения вблизи 976 нм. В сочетании с накачкой через оболочку это позволяет многомодовым диодам с волоконным выводом эффективно обеспечивать одномодовый выход — основа большинства мощных волоконных лазерных систем и систем с длиной волны 1,5 мкм, безопасной для глаз.

Каковы основные типы накачки лазера?
Оптическая накачка (лампы-вспышки или, гораздо чаще в настоящее время, лазерные диоды), электрическая накачка (газовый разряд или ток через полупроводниковый переход) и химическая накачка (энергия от реакции). Оптическая диодная накачка далее подразделяется на торцевую, боковую, волоконно-связанную и накачку через оболочку, и выбор этой геометрии обычно влияет на продукт больше, чем сама категория.

В чем разница между CW и QCW накачкой?
CW-накачка заставляет диод работать непрерывно при стабильной тепловой нагрузке. QCW-накачка запускает его короткими импульсами, обычно в несколько сотен микросекунд, вокруг каждого выходного импульса. Поскольку диод рассеивает энергию только в течение части цикла, его можно управлять значительно выше номинального тока CW, что дает гораздо более высокую пиковую мощность накачки из того же корпуса. QCW — это то, что делает компактные импульсные лазеры с батарейным питанием, такие как дальномеры, практичными.

Что такое внутриполосная или резонансная накачка?
Pumping directly into the upper laser level instead of into a higher absorption band that must then relax into it. It cuts the quantum defect sharply — 888 nm into Nd:YVO₄ instead of 808 nm, or 976 nm into ytterbium for 1030 nm output. The cost is weaker absorption, so the crystal or fibre has to be longer.

Какой должна быть длительность импульса накачки?
On the order of the gain medium’s upper-level fluorescence lifetime — roughly 230 µs for Nd:YAG, under 100 µs for Nd:YVO₄, milliseconds for Er:glass. Pumping much longer than that does not store additional energy; it only adds heat.

Укажите насос до того, как укажете лазер

If you are early in a design, settle the pump questions first: wavelength and its tolerance across your real operating temperature, delivered power at the fiber, geometry, and whether you can live without a TEC. Those four answers constrain the resonator far more than the resonator constrains them.

Send us your gain medium, output requirement, and environmental envelope, and наши инженеры проработают с вами варианты накачки — including the trade between wavelength stabilization and TEC-less simplicity for your specific platform.

Ссылки

1. RP Photonics Encyclopedia — Optical Pumping
2. Когерентный — What is Laser Pumping?
3. Laser Focus World — Enhance your Nd-doped DPSS laser with a longer-wavelength pump
4. Gentec-EO — What is population inversion in a laser?
5. RP Photonics Encyclopedia — Quantum Defect
6. RP Photonics Encyclopedia — Upper-state Lifetime
7. RP Photonics Encyclopedia — Brightness
8. RP Photonics Encyclopedia — Double-clad Fibers
9. RP Photonics Encyclopedia — Wavelength-stabilized Laser Diodes