Kaj je kriogeni laser

Koncept laserjev, ki delujejo pri nizkih temperaturah, ni nov: drugi laser v zgodovini je bil kriogeni. Na začetku je bilo koncept težko doseči delovanje sobne temperature, navdušenje nad nizkotemperaturnim delom pa se je začelo v devetdesetih letih z razvojem laserjev in ojačevalnikov z visoko močjo.

V veliki močiLaserski viri, toplotni učinki, kot so izguba depolarizacije, toplotna leča ali lasersko kristalno upogibanje, lahko vplivajo na delovanjesvetlobni vir. Z nizko temperaturnim hlajenjem je mogoče učinkovito zatreti veliko škodljivih toplotnih učinkov, to je, da je treba pridobitveni medij ohladiti na 77K ali celo 4K. Hladilni učinek večinoma vključuje:

Značilna prevodnost dobička je močno zavirana, predvsem zato, ker se poveča srednja prosta pot vrvi. Kot rezultat, temperaturni gradient močno pade. Na primer, ko se temperatura zniža s 300K na 77K, se toplotna prevodnost kristala YAG poveča za faktor sedmih.

Koeficient toplotne difuzije se tudi močno zmanjšuje. To skupaj z znižanjem temperaturnega gradienta povzroči zmanjšan učinek toplotnega leča in s tem zmanjšano verjetnost rupture stresa.

Zmanjšan je tudi termo-optični koeficient, kar še dodatno zmanjša učinek toplotne leče.

Povečanje absorpcijskega preseka redkega zemeljskega iona je predvsem posledica zmanjšanja širitve, ki ga povzroči toplotni učinek. Zato se moč nasičenosti zmanjša in poveča laserski dobiček. Zato se moči pragovne črpalke zmanjša in krajše impulze lahko dobite, ko deluje stikalo Q. S povečanjem prepustnosti izhodnega spenjača je mogoče izboljšati učinkovitost naklona, ​​zato postane učinek izgube parazitske votline manj pomemben.

Število delcev skupne nizke ravni kvazi trinalnega dobička medija se zmanjša, zato se mejna črpalna moč zmanjša in izboljša učinkovitost moči. Na primer, YB: YAG, ki proizvaja svetlobo pri 1030Nm, lahko vidimo kot kvazi tri-raven sistem pri sobni temperaturi, vendar štiristopenjski sistem pri 77K. ER: Enako velja za Yag.

Intenzivnost nekaterih postopkov za gašenje se bo odvisno od dobička zmanjšala.

V kombinaciji z zgornjimi dejavniki lahko nizko temperaturno delovanje močno izboljša delovanje laserja. Zlasti laserji za hlajenje z nizko temperaturo lahko pridobijo zelo visoko izhodno moč brez toplotnih učinkov, to je, da lahko dobimo dobro kakovost snopa.

Ena od vprašanj je treba upoštevati, da se bo v kristalu, ki je v kristalu kristala, pasovna širina sevane svetlobe in absorbirana svetloba zmanjšala, tako da bo območje nastavitve valovne dolžine ožje, širina črte in stabilnost valovne dolžine črpalnega laserja pa bosta strožja. Vendar je ta učinek običajno redek.

Kriogeno hlajenje običajno uporablja hladilno tekočino, kot sta tekoči dušik ali tekoči helij, v idealnem primeru pa hladilno sredstvo kroži skozi cev, pritrjeno na laserski kristal. Hladilna tekočina se napolni pravočasno ali reciklira v zaprti zanki. Da bi se izognili strjevanju, je običajno potrebno postaviti laserski kristal v vakuumsko komoro.

Koncept laserskih kristalov, ki delujejo pri nizkih temperaturah, lahko uporabimo tudi za ojačevalnike. Titanov safir lahko uporabimo za pozitivno ojačevalnik povratnih informacij, povprečno izhodno moč v več deset vatov.

Čeprav se lahko kriogene hladilne naprave zapletejoLaserski sistemi, pogostejši hladilni sistemi so pogosto manj preprosti, učinkovitost kriogenega hlajenja pa omogoča nekaj zmanjšanja zapletenosti.