Pompa ışını bellek konumu ayarlanarak quasi-üç-seviyeli Nd:YLF lazerinde tek ve çift dalga boyu emisyonunun değiştirilmesi

İstenildiğinde Rengini Değiştirebilen Lazerler

Lazerler barkod okuyuculardan tıbbi görüntüleme araçlarına kadar günlük teknolojileri besler. Ancak çoğu lazer tek bir ışık renginde sabitlenmiştir; bu da kullanım esnekliğini sınırlar. Bu çalışma, katı hal bir lazerin kristal içinde gelen pompa ışığının nereye odaklandığını değiştirerek kızılötesin tek bir renginden iki rengine geçiş yapmasını sağlayan yeni ve şaşırtıcı derecede basit bir yöntemi gösteriyor. Bu tür bir kontrol, mavi ışık üretimi, hassas tıp ve gelişmiş algılama için daha kompakt, verimli kaynaklara dönüşebilir.

Neden Lazer Rengi ve Gücü Önemli

Birçok modern uygulama, belirli renklerde ve yüksek, kararlı güçte lazer ışığı gerektirir. Yakın kızılötesi menzilinde, yaklaşık 900 nanometre civarında, bu tür lazerler parlak mavi ışınlara dönüştürülerek ekranlar ve mikro-işleme için kullanılabilir ya da doğrudan tıbbi teşhis ve biyolojik görüntüleme amacıyla kullanılabilir. Geleneksel olarak, zayıf bir renkte veya aynı anda iki renkte çalıştırmak için lazer boşluğuna özel optik elemanlar yerleştirmek gerekir. Bu parçalar kayıplara ve karmaşıklığa yol açarak kullanılabilir gücü azaltır. Yazarlar ise aynı cihazın ekstra parçalar olmadan ya tek renk ya da çift renk çıkışı verebilmesi için kristalin kendi içsel özelliklerinden yararlanıyorlar.

Özel Bir Kristal ve Akıllıca Bir Pompalama Hilesi

Ekip, iyi bilinen bir katı hal lazer malzemesi olan Nd:YLF adlı bir kristalle çalışıyor. 880 nanometrede bir diyot lazerle uyarıldığında, bu kristal her biri farklı bir polarizasyona (ışığın elektrik alan yönü) sahip 903 ve 908 nanometre civarında çok yakın iki kızılötesi renkte ışık yayabiliyor. Kristal içinde, pompa ışığından kaynaklanan ısı ve malzemenin doğal anizotropisi lazer ışın yollarını ince bir şekilde yeniden şekillendirerek bir rengi diğerine göre öne çıkarıyor. Bir dalga boyunu seçmek için filtreler veya aynalar eklemek yerine araştırmacılar pompa ışınının en dar noktası (bel) boyunca kristal boyunca konumunu basitçe hareket ettiriyor. Bu küçük ayar, pompanın olası lazer modlarıyla ne kadar örtüştüğünü ve her rengin ne kadar kayıp yaşadığını değiştiriyor.

Teoriden Ayarlanabilir Çıkışa

Bu etkiyi anlamak ve kontrol etmek için yazarlar, pompa ışını ile lazer ışınlarının kristal içindeki örtüşmesini ve ısınmanın iç odaklamayı nasıl değiştirdiğini modelliyorlar. Pompa bel konumuna bağlı olarak her bir rengin lazerleşmeye başlamak için gereken eşik pompa gücü gibi anahtar nicelikleri hesaplıyorlar. Simülasyonlar, kristalin bir pozisyonunda 908 nanometre hattının en düşük eşiğe sahip olacağını, başka bir konumda 903 nanometre hattının öne geçeceğini ve arada her iki rengin birlikte eşiğe ulaşarak çift renkli çalışmaya izin veren bir tatlı nokta olacağını öngörüyor. Bu öngörüler, merceklerin pompa ışığını sıcaklık kontrollü bir bakır tutucuya monte edilmiş 20 milimetre uzunluğundaki bir Nd:YLF çubuğa odakladığı deneyin yol göstericisi oluyor.

Tek Renk ile Çift Arasında Geçiş

Ölçümler teorik tabloyu doğruluyor. Pompa ışını beli kristalin bir ucuna yakın yerleştirildiğinde, lazer maksimum 3,22 watt çıkış gücüne ve yaklaşık yüzde 21 eğim verimliliğine sahip tek bir 908 nanometre ışını yayıyor; bu, emilen pompa gücünün önemli bir kısmının lazer ışığına dönüştüğü anlamına geliyor. Bel kristalin içine doğru kaydırıldıkça, iki rengin eşikleri kesişiyor ve cihaz aynı anda 903 ve 908 nanometre olmak üzere iki diksel polarize ışın yayıyor; toplam güç 2,25 watt oluyor. Beli daha da öteye taşımak ise kazanç dengesini yeniden eğiyor ve yalnızca 903 nanometre ışının kalmasına neden oluyor; bu ışın 2,27 watt seviyesine ulaşıyor. Tüm süreç boyunca, çıkış ışınları yüksek optik kaliteyi koruyor ve güç bakımından makul düzeyde kararlı kalıyor.

Geleceğin Lazer Araçları İçin Basit Kontrol

Bu çalışmanın ana mesajı, pompa ışığının kristal içinde nereye odaklandığını ince ayarla değiştirmenin, verimlilikten çok şey kaybetmeden veya karmaşık bileşenler eklemeden lazer rengini kontrol etmek için güçlü bir kumanda düğmesi işlevi görebileceğidir. Kullanıcılar için bu, odaklama optiğini ayarlayarak yüksek güçlü tek renkli çalışmaya veya çift renkli çıkışa kolayca yapılandırılabilen tek bir kompakt cihaz anlamına geliyor. Yaklaşım Nd:YLF’in benzersiz bir özelliğine değil, genel termal ve geometrik etkilere dayandığından, görüntüleme, spektroskopi ve gelişmiş ışık-dönüşüm düzenleri için dalga boyu değiştirilebilen esnek katı hal lazerler ailesi oluşturmak üzere diğer nadir toprak katkılı kristallere de genişletilebilir.

Atıf: Huang, H., Li, Y., Xia, J. et al. Switching single and dual wavelength emission in a quasi-three-level Nd: YLF laser by adjusting pump beam waist position. Sci Rep 16, 11452 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42383-5

Anahtar kelimeler: dalga boyu değiştirilebilen lazerler, Nd:YLF, çift dalga boyu emisyonu, katı hal lazer tasarımı, pompa ışını odaklama