Što je kriogeni laser

Koncept lasera koji rade na niskim temperaturama nije nov: drugi laser u povijesti bio je kriogeni. U početku je koncept bio teško postići rad na sobnoj temperaturi, a entuzijazam za niskotemperaturne radove počelo je 1990-ih razvojem lasera i pojačala velike snage.

U velikoj snazilaserski izvori, toplinski učinci kao što su gubitak depolarizacije, toplinska leća ili savijanje kristala lasera mogu utjecati na performanseizvor svjetlosti. Kroz hlađenje s niskim temperaturama, mnogi štetni toplinski učinci mogu se učinkovito suzbiti, odnosno, medij dobitka treba ohladiti na 77k ili čak 4K. Učinak hlađenja uglavnom uključuje:

Karakteristična vodljivost medija pojačanja uvelike je inhibirana, uglavnom zato što se povećava srednja slobodna put užeta. Kao rezultat toga, temperaturni gradijent dramatično opada. Na primjer, kada se temperatura spusti sa 300K na 77K, toplinska vodljivost YAG kristala povećava se za faktor sedam.

Koeficijent toplinske difuzije također se naglo smanjuje. To, zajedno sa smanjenjem temperaturnog gradijenta, rezultira smanjenim toplinskim lećama i stoga smanjena vjerojatnost puknuća stresa.

Termo-optički koeficijent se također smanjuje, što dodatno smanjuje učinak toplinske leće.

Povećanje apsorpcijskog presjeka rijetke ionske iona uglavnom je posljedica smanjenja proširenja uzrokovanog toplinskim učinkom. Stoga se snaga zasićenja smanjuje i povećava se laserski dobitak. Stoga je snaga praga pumpe smanjena, a kraći impulsi mogu se dobiti kada Q -prekidač radi. Povećavanjem propusnosti izlaznog spojnica, učinkovitost nagiba može se poboljšati, tako da učinak gubitka parazitske šupljine postaje manje važan.

Broj čestica ukupnog niskog nivoa medija kvazi-tri razine je smanjen, tako da je snaga pumpanja praga smanjena i poboljšana učinkovitost napajanja. Na primjer, YB: YAG, koji proizvodi svjetlost na 1030Nm, može se promatrati kao kvazi-tri sustav na sobnoj temperaturi, ali kao sustav na četiri razine na 77K. ER: Isto vrijedi i za YAG.

Ovisno o dobitku, intenzitet nekih procesa gašenja će se smanjiti.

U kombinaciji s gore navedenim čimbenicima, rad s niskim temperaturama može uvelike poboljšati performanse lasera. Konkretno, laseri za hlađenje niske temperature mogu dobiti vrlo visoku izlaznu snagu bez toplinskih učinaka, to jest, može se dobiti dobra kvaliteta snopa.

Jedno pitanje koje treba uzeti u obzir jest da će se u kristalu laserskog lasera, širina pojasa zračenog svjetla i apsorbiranog svjetla smanjiti, tako da će raspon podešavanja valne duljine biti uže, a širina linije i stabilnost valne duljine pumpe lasera bit će stroža. Međutim, taj je učinak obično rijedak.

Kriogeno hlađenje obično koristi rashladno sredstvo, poput tekućeg dušika ili tekućeg helija, a u idealnom slučaju rashladno sredstvo cirkulira kroz cijev pričvršćenu na laserski kristal. Hladno sredstvo se nadopunjuje na vrijeme ili se reciklira u zatvorenoj petlji. Da bi se izbjeglo očvršćivanje, obično je potrebno staviti laserski kristal u vakuumsku komoru.

Koncept laserskih kristala koji rade na niskim temperaturama također se može primijeniti na pojačala. Titanium Sapphire može se koristiti za izradu pojačala pozitivnih povratnih informacija, prosječne izlazne snage u desecima vata.

Iako se kriogeni uređaji za hlađenje mogu kompliciratilaserski sustavi, češći sustavi hlađenja često su manje jednostavni, a učinkovitost kriogenog hlađenja omogućava određeno smanjenje složenosti.