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雷射泵浦

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雷射泵浦
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雷射泵浦是能量從外部來源移轉到激光器增益介質英语gain medium,能量被介質吸收,使其原子進入激发态。在一段時間後激發態的原子數量超過了基态的原子。因此產生居量反轉。此條件下,會出現受激发射,因此此介質可以當激光器或是光放大器。泵浦能量必需高於雷射閾值英语lasing threshold

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紅寶石雷射頭。左圖是分解後的雷射頭,可以看到泵浦空腔、紅寶石桿和閃光燈。右圖是組合後的雷射頭

提供的能量多半是以光或是电流的型式提供,不過也有用過其他的能量源,例如化学反应核反应

光泵浦

光泵(Optical pumping),亦称光抽运、光激升,是指利用光将原子分子中的电子从较低能级激发至(“抽运”到)较高能级的过程。此过程常应用于激光领域,通过泵浦增益介质(活性激光介质)以实现粒子数反转。该技术由法国物理学家阿尔弗雷德·卡斯特勒在1950年代初开创,卡斯特勒亦因此研究获得了1966年的诺贝尔物理学奖[1]

電子泵浦

氣體雷射英语gas laser中常出現輝光放電英语Electric glow discharge。例如氦氖激光器中放電產的電子和原子碰撞,使其進入激發態。激發態的氦原子和原子碰撞,轉移能量,允許氖原子建立起反轉居量(粒子數反轉)。

电流是典型用來提供激光二極管和半導體晶體雷射(例如鍺[2])的能量來源。

電子束可以提供能量給自由电子激光器和一些准分子激光

氣體動力泵浦

氣體動力雷射英语Gas dynamic laser是用超音速氣流(例如二氧化碳)來激發分子超過閾值。氣體會加壓,並加熱到1400 开尔文,之後在特製的噴嘴內快速膨脹,使其變成低壓。此膨脹是以超音速的速度進行,可能高達4马赫。熱氣體有許多分子在受激發態,不過更多分子在能量較低的狀庇。快速膨脹產生絕熱冷卻,讓溫度低到300 K。溫度的下降讓高能和低能分子弛豫,進入一個更適合在低溫下的狀態。不過,低能階的分子越快就弛豫,而高能階的分子弛豫需要較長時間。因為許多的分子仍在高能量狀態,出現了居量反轉,此反轉會往下游延續一段較長的距離。動力二氧化碳泵浦可以輸出高達100 kW的連續波能量輸出[3]

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References

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