Принцип и применение лазеров 589 нм

589 нм желтые лазерыС длиной волны 589 нм может использоваться в оптогенетике, лазерных маяках натрия, температуре и лазерных радарах ветра, лазерном рамане, динамической ядерной поляризации, городском ландшафте, научных исследованиях и национальной обороне и военных полях . Получение желтых лазеров с высоким качеством луча, высокой стационарностью и ограничиваемым применением в высокой эффективности, высокой стационарности и ограничении.

Физические принципы 589 нм лазер

1. Связь между линией натрия D и длиной волны 589 нм

Основной физической основой лазера 589 нм является переход уровня энергии атомов натрия . Внешние электроны (3S → 3p) атомов натрия будут создавать две характерные спектральные линии при деэксценде, а также линии натрия D: линии: линии натрия D:

D₁ Line: 589,6 нм (3p¹p₁/₂ → 3S¹S₁/₂)

D₂ Line: 589,0 нм (3p¹p₃/₂ → 3S¹S₁/₂)

Поскольку эти две спектральные линии очень близки (только 0 . разница в 6 нм), они обычно в совокупности называют 589 нм желтый свет натрия . резонансные характеристики этой длины волны с атомами натрия делают его идеальным выбором для таких применений, как звезда LASER (LGS) и эксперименты Cold Atom.

2. базовые условия для лазерной генерации

Чтобы создать стабильный лазер 589 нм, необходимо выполнить три элемента лазера:

Стимулированное излучение: атомы натрия или электроны в среде усиления (например, ND: YAG), чтобы прыгать на высокие уровни энергии с помощью внешней накачки (например, свет или ток) .

Инверсия частиц: количество частиц высокоэнергетического уровня больше, чем количество низкоэнергетических уровней в лазерной среде (например, кристалл или краситель, легированный неодимием) для усиления света определенной длины волны .

Резонансная полость: система оптической обратной связи, состоящая из отражателей (таких как лазер DPSS или лазер красителя), которая экранирует и усиливает режимы около 589 нм .

3. Технология преобразования частоты (нелинейный оптический метод)

Поскольку трудно напрямую генерировать 589 -нм лазер, обычно используется технология нелинейной частоты:

ND: YAG Laser излучает 1064 -нм фундаментальную частоту Light .

Частотный удвоение (ШГ): преобразован в 532 нм (вторая гармоника) через нелинейные кристаллы (например, LBO) .

Сдвиг раманов: используйте рамановские среды (например, водород высокого давления или твердые кристаллы), чтобы сдвинуть частоту света 532 нм на 589 нм .

Техническая реализация лазера 589 нм

В настоящее время 589 -нм лазер в основном реализуется следующими тремя техническими решениями, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

(1) Твердовой лазер (ND: YAG + нелинейный преобразование частоты)

Принцип:
Во -первых, ND: YAG -лазер генерирует 1064 -нм фундаментальную частоту света .

Он преобразуется в зеленый свет 532 нм через частотный удвоенный кристалл (например, LBO, BBO) .

Затем используйте сдвиг частоты комбинационного рассеяния (например, водородную клетку или твердотельный кристалл Рамана) для преобразования 532 нм в 589 нм .

Преимущества:

Высокая мощность (до десятков ватт), хорошая стабильность, подходящая для мощных приложений, таких как звездами натрия .

Технология зрелая и широко используется в обсерваториях (таких как телескопы Keck и VLT) .

Недостатки:

Система сложна и требует точного контроля температуры и оптического выравнивания .

Эффективность сдвига частоты рамановской частоты низкая (обычно<50%) and the energy loss is large.

(2) лазер красителя (настраиваемый на 589 нм)

Принцип:

Используйте органический краситель (например, Rhodamine 6G) в качестве среды усиления, и вывод 589 нм через настройку решетки .

Преимущества:

Длина волны непрерывно регулируется, подходит для лабораторных спектральных исследований .

Может точно соответствовать линии натрия D (589 . 0/589,6 нм).

Недостатки:

Краситель легко разлагается и должен быть заменен регулярно, а стоимость технического обслуживания высока .

Выходная мощность низкая (обычно<1W), and the stability is greatly affected by the pump source.

(3) Полупроводниковой лазер (прямая обратная связь или внешняя полость)

Принцип:

Используйте специально разработанные микропроводниковые микросхемы усиления (например, GAINP/ALGAINP) в сочетании с громким решеткой Bragg Bragg (VBG), чтобы заблокировать длину волны 589 нм .

Преимущества:

Небольшой размер, высокая эффективность, подходящая для портативных применений (например, медицинское оборудование) .

Сложное преобразование частоты не требуется, и энергопотребление низкое .

Недостатки:

Длина волны легко влияет на температуру и требует активной частоты стабилизации (например, технология спектроскопии поглощения насыщения) .

Мощность одной трубки ограничена (обычно<500mW), and high power requires multiple tubes to be combined.

Поля приложения лазер 589 нм

1. адаптивная оптика и астрономическое наблюдение

(1) звезда натрия (LGS)

Принцип:

589NM Лазер возбуждает атомный слой натрия (средняя атмосфера) 90-100 км над поверхностью Земли, чтобы создать искусственные направляющие звезды .

Функция:

Предоставьте коррекцию волнового фронта в реальном времени для больших наземных телескопов (таких как Keck и VLT), чтобы компенсировать влияние атмосферной турбулентности .

Значительно улучшить разрешение наблюдения (близко к пределу дифракции) .

Преимущества:

По сравнению с естественными звездами, звездами натрия можно генерировать по требованию и иметь гибкие позиции .

Применимо к областям наблюдения без ярких звезд (например, темные области Млечного Пути) .

(2) Расширенные приложения

Multi-Laser Guide Star System: несколько лазеров 589 нм работают вместе, чтобы исправить более широкое поле зрения искажения .

Отслеживание космического мусора: слой натрия отраженный лазер помогает в мониторинге мусора на низкоземной орбите .

2. Биомедицинские приложения

(1) Фотодинамическая терапия (PDT)

Принцип:
589NM может быть избирательно поглощать биологическими молекулами, такими как гемоглобин, и используется для целевого лечения сосудистых заболеваний .

Случай:

Пятна порта: лазер проникает в эпидермис и поглощается гемоглобином, разрушая аномальные кровеносные сосуды .

Макулярная дегенерация: вспомогательная обработка заболеваний сетчатки .

(2) Флуоресцентная визуализация

Ионная маркировка натрия:

589 нм возбуждает флуоресцентные зонды натрия для изучения клеточной динамики ионов натрия (такая как нейрональная электрическая активность) .

Преимущества:

Низкая фототоксичность, подходящая для долгосрочного наблюдения in vivo .

3. исследования и промышленность

(1) Физика с холодным атом и конденсация Бозе-Эйнштейна (BEC)

Функция:

Лазер 589 нм используется для лазерного охлаждения атома натрия (допплеровское охлаждение) для достижения сверхнизких температур уровня μk .

Это ключевой шаг в приготовлении Bec (Quantum Matter) .

Случаи:

Лаборатории, такие как MIT и Гарвард, используют 589 -нм лазеры для изучения сверхфильду и квантового моделирования .

(2) Точное измерение

Спектральная калибровка:

Используется в качестве стандартной длины волны для калибровки спектрометров (например, астрономических спектрометров) .

Гравитационное обнаружение волн:

Помогает в оптическом пути отладки интерферометров (например, ligo) .

4. другие приложения

(1) Лазерный дисплей и освещение

Замена натриевой лампы:

Высокая монохроматичность лазеров 589 нм может использоваться для освещения высокого цветового рендеринга или проекции искусства .

Лазерное кино:

В сочетании с лазерами RGB для расширения покрытия цветной гаммы .

(2) Промышленная обработка

Специальная обработка материала:

Селективная обработка определенных полимеров/пленок (таких как OLED Repair) .

Сводная таблица приложения

Будущие тенденции

Астрономия: Развитиеболее высокая мощность(100w-class) Натриевые звездные лазеры для 30-метровых телескопов (e . g ., tmt) .

Лекарство: Интеграция снанопробовыДля повышенной точности в целевой терапии .

Квантовая технология: Приложения вАтомные часы натрияили квантовая память .

Междисциплинарный потенциал лазеров 589 нм продолжает расширяться, особенно вквантовые технологиииЧрезмерное восприятие окружающей среды.

Лазер 589 нм, использующий излучение D-линии натрия (589,0/589,6 нм), является универсальным инструментом с критическими приложениями вастрономия(Натрие -гид звезды для адаптивной оптики),биомедицина(Фотодинамическая терапия и клеточная визуализация),Квантовые исследования(Охлаждение холодного атом и исследования BEC), ипромышленность(точная метрология и отображения) . его уникальный резонанс с атомами натрия обеспечивает высокие задачи, в то время как текущие достижения направлены на повышение мощности, стабильности и миниатюризации для технологий следующего поколения, таких как экстремальные телескопы и квантовые вычисления {{4} дисциплины .

Контактная информация:

Если у вас есть какие -либо идеи, не стесняйтесь поговорить с нами ., где бы ни находились наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следить за нашей целью предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис .