Kas ir kriogēns lāzers

Lāzeru jēdziens, kas darbojas zemā temperatūrā, nav jauna: otrais lāzers vēsturē bija kriogēns. Sākotnēji koncepciju bija grūti panākt istabas temperatūras darbība, un entuziasms par zemas temperatūras darbu sākās 1990. gados, attīstot lieljaudas lāzerus un pastiprinātājus.

Ar lielu jaudulāzera avoti, siltuma efekti, piemēram, depolarizācijas zudums, termiskais objektīvs vai lāzera kristāla liekšanagaismas avotsApvidū Izmantojot zemas temperatūras dzesēšanu, var efektīvi nomākt daudzus kaitīgus termiskos efektus, tas ir, pastiprinājuma barotne ir jāatdzesē līdz 77K vai pat 4K. Dzesēšanas efekts galvenokārt ietver:

Raksturīgā pastiprinājuma barotne tiek ievērojami kavēta, galvenokārt tāpēc, ka tiek palielināts virves vidējais brīvais ceļš. Tā rezultātā temperatūras gradients dramatiski pazeminās. Piemēram, kad temperatūra tiek pazemināta no 300 000 līdz 77k, Yag kristāla siltumvadītspēja palielinās par koeficientu septiņiem.

Arī termiskās difūzijas koeficients strauji samazinās. Tas kopā ar temperatūras gradienta pazemināšanos rada samazinātu termisko objektīvu efektu un līdz ar to samazinātu stresa plīsuma iespējamību.

Tiek samazināts arī termooptiskais koeficients, vēl vairāk samazinot termiskā objektīva efektu.

Retu Zemes jonu absorbcijas šķērsgriezuma palielināšanās galvenokārt ir saistīta ar siltuma efekta izraisīto paplašināšanos. Tāpēc piesātinājuma jauda tiek samazināta un palielinās lāzera pieaugums. Tāpēc tiek samazināta sliekšņa sūkņa jauda, ​​un, darbojoties Q slēdzim, var iegūt īsākus impulsus. Palielinot izejas savienotāja caurlaidību, var uzlabot slīpuma efektivitāti, tāpēc parazītu dobuma zuduma efekts kļūst mazāk svarīgs.

Tiek samazināts kvazi-trīs līmeņa pastiprināšanas barotnes kopējā zemā līmeņa daļiņu skaits, tāpēc tiek samazināta sliekšņa sūknēšanas jauda un uzlabota jaudas efektivitāte. Piemēram, YB: YAG, kas rada gaismu pie 1030 nm, var uzskatīt par kvazi-trīs līmeņa sistēmu istabas temperatūrā, bet četru līmeņu sistēmu 77K. ER: Tas pats attiecas uz yag.

Atkarībā no pastiprināšanas barotnes tiks samazināta dažu slāpēšanas procesu intensitāte.

Apvienojumā ar iepriekšminētajiem faktoriem zemas temperatūras darbība var ievērojami uzlabot lāzera veiktspēju. Jo īpaši zemas temperatūras dzesēšanas lāzeri var iegūt ļoti lielu izejas jaudu bez siltuma efektiem, tas ir, var iegūt labu staru kūļa kvalitāti.

Viens no jautājumiem, kas jāņem vērā, ir tas, ka kriokoolētā lāzera kristālā izstarotās gaismas un absorbētās gaismas joslas platums tiks samazināts, tāpēc viļņu garuma skaņošanas diapazons būs šaurāks, un līnijas platums un sūknētā lāzera viļņa garums būs stingrāks Apvidū Tomēr šis efekts parasti ir reti sastopams.

Kriogēnā dzesēšana parasti izmanto dzesēšanas šķidrumu, piemēram, šķidru slāpekli vai šķidru hēliju, un ideālā gadījumā aukstumnesējs cirkulē caur cauruli, kas piestiprināta pie lāzera kristāla. Dzesēšanas šķidrums tiek papildināts laikā vai pārstrādāts slēgtā cilpā. Lai izvairītos no sacietēšanas, parasti ir nepieciešams novietot lāzera kristālu vakuuma kamerā.

Lāzera kristālu jēdzienu, kas darbojas zemā temperatūrā, var izmantot arī pastiprinātājiem. Titāna safīru var izmantot, lai izveidotu pozitīvas atgriezeniskās saites pastiprinātāju, vidējo izejas jaudu desmitos vatu.

Kaut arī kriogēnās dzesēšanas ierīces var sarežģītlāzera sistēmas, biežākas dzesēšanas sistēmas bieži ir mazāk vienkāršas, un kriogēnās dzesēšanas efektivitāte ļauj zināmai sarežģītībai samazināt.