Šta je kriogeni laser

Koncept lasera koji djeluju na niskim temperaturama nije nov: drugi laser u historiji bio je kriogeni. U početku je koncept bio težak za postizanje sobne temperature rada, a entuzijazam za niskotempetimce radu započeo je 1990-ih s razvojem lasera i pojačala velike snage.

U velikoj snaziLaserski izvori, toplotne efekte kao što su gubitak depolarizacije, termički objektiv ili laserski kristalni savijanje mogu utjecati na performanseIzvor svetlosti. Kroz hlađenje niskog temperature, mnogi štetni toplotni efekti mogu se efikasno suzbiti, odnosno Medij dobit treba hladiti na 77k ili čak 4K. Rashladni efekt uglavnom uključuje:

Karakteristična provodljivost sredstva dobiti uvelike je inhibirana, uglavnom zato što se povećava srednja slobodna staza konopa. Kao rezultat toga, gradijent temperature se drastično spušta. Na primjer, kada se temperatura spušta sa 300k do 77k, toplotna provodljivost kristala YAG povećava se za faktor sedam.

Koeficijent toplotne difuzije se takođe naglo opaža. To, zajedno s smanjenjem temperaturnog gradijenta, rezultira smanjenim efektom toplotnog leća i samim tim smanjena vjerojatnost stresa.

Smanjen je i termooptički koeficijent, dodatno smanjuje efekat termalnog sočiva.

Povećanje presjeka apsorpcije rijetkoj zemljinoj ionizi uglavnom je zbog smanjenja proširenja uzrokovanog toplinskom učinkom. Stoga se smanjuje zasićenost i povećan je laserski dobitak. Stoga se struja pumpa smanjuje, a kraći impulsi mogu se dobiti kada upravlja Q prekidač. Povećanjem prenosa izlazne spojnice, efikasnost nagiba može se poboljšati, tako da efekat gubitka parazitske šupljine postaje manje važan.

Broj čestica ukupne niske razine zvuka za dobitak kvazi-tri nivoa, tako se smanjuje, tako da se prag pumpanje smanjuje i poboljšana je efikasnost snage. Na primjer, YB: YAG, koji proizvodi svjetlost na 1030nm, može se posmatrati kao kvazi-tri nivoa na sobnoj temperaturi, ali sustav sa četiri nivoa na 77k. ER: Isto je i za Yag.

Ovisno o mediju za dobitak, intenzitet nekih procesa gašenja bit će smanjen.

U kombinaciji s gore navedenim faktorima, radom niske temperature može uvelike poboljšati performanse lasera. Konkretno, laseri hlađenja niskog temperature mogu dobiti vrlo visoku izlaznu snagu bez termičkih efekata, odnosno može se dobiti dobri kvalitet grede.

Jedno pitanje koje treba uzeti u obzir je da će se u kriocooliranoj laserskom kristalu smanjiti opsegu zračenog svjetla i apsorbiranog svjetla, tako da će raspon ugađanja talasne dužine biti uže, a širina linije i stabilnost talasne dužine pumpanog lasera bit će strože. Međutim, ovaj efekat je obično rijedak.

Kriogeno hlađenje obično koristi rashladno sredstvo, poput tečnog azota ili tekućeg helijuma, a idealno rashladno sredstvo cirkuliše kroz cijev pričvršćena na laserski kristal. Rashladan se puni u vremenu ili se reciklira u zatvorenoj petlji. Da bi se izbjeglo učvršćivanje, obično je potrebno postaviti laserski kristal u vakuumsku komoru.

Koncept laserskih kristala koji djeluju na niskim temperaturama može se primijeniti i na pojačala. Titanium Sapphire može se koristiti za upućivanje pozitivnih povratnih pojačala, prosječnu izlaznu snagu u desetinama vati.

Iako kriogeni rashladni uređaji mogu kompliciratiLaserski sistemi, Commoviji rashladni sustavi često su manje jednostavni, a efikasnost kriogenog hlađenja omogućava neku smanjenje složenosti.