Kas yra kriogeninis lazeris

Žemoje temperatūroje veikiančių lazerių koncepcija nėra nauja: antrasis lazeris istorijoje buvo kriogeniškas. Iš pradžių koncepciją buvo sunku pasiekti kambario temperatūros veikimą, o entuziazmas dėl žemos temperatūros darbo prasidėjo 1990 m., Kai sukūrė didelės galios lazerius ir stiprintuvus.

Didelėje galiojeLazerio šaltiniai, Šiluminis poveikis, toks kaip depoliarizacijos nuostoliai, šiluminis objektyvas ar lazerio kristalų lenkimasŠviesos šaltinis. Autolinio metu žemoje temperatūroje galima efektyviai slopinti daugybę kenksmingų šiluminių efektų, tai yra, stiprinimo terpę reikia atvėsinti iki 77K ar net 4K. Aušinimo efektas daugiausia apima:

Būdingas stiprinimo terpės laidumas yra labai slopinamas, daugiausia dėl to, kad padidėja vidutinis laisvas virvės kelias. Dėl to temperatūros gradientas dramatiškai sumažėja. Pavyzdžiui, kai temperatūra sumažėja nuo 300 K iki 77 k, YAG kristalų šilumos laidumas padidėja septyniais.

Šilumos difuzijos koeficientas taip pat smarkiai mažėja. Tai kartu su sumažėjusia temperatūros gradientu lemia sumažėjusį šiluminio objektyvo efektą ir todėl sumažėja streso plyšimo tikimybė.

Taip pat sumažinamas termo optinis koeficientas, dar labiau sumažinant šiluminio objektyvo efektą.

Retosios žemės jonų absorbcijos skerspjūvio padidėjimą daugiausia lemia šiluminio poveikio sukelto išplėtimo sumažėjimas. Todėl sumažėja soties galia ir padidėja lazerio padidėjimas. Todėl slenksčio siurblio galia sumažėja, o trumpesnius impulsus galima gauti, kai Q jungiklis veikia. Padidinus išėjimo jungties perdavimą, nuolydžio efektyvumą galima pagerinti, todėl parazitinės ertmės nuostolių efektas tampa ne toks svarbus.

Sumažėja bendro žemo kvazi-trijų lygio padidėjimo terpės dalelių skaičius, todėl sumažėja slenksčio siurbimo galia ir padidėja energijos efektyvumas. Pavyzdžiui, YB: YAG, kuris sukuria šviesą esant 1030 nm, galima laikyti kvazi-trijų lygių sistema kambario temperatūroje, tačiau keturių lygių sistema yra 77K. ER: Tas pats pasakytina apie YAG.

Priklausomai nuo padidinimo terpės, kai kurių gesinimo procesų intensyvumas bus sumažintas.

Kartu su aukščiau pateiktais veiksniais žemos temperatūros veikimas gali žymiai pagerinti lazerio veikimą. Visų pirma, žemos temperatūros aušinimo lazeriai gali gauti labai didelę išėjimo galią be šiluminio efekto, tai yra, galima gauti geros sijos kokybę.

Reikia atsižvelgti į tai, kad kriokoliuojamame lazeriniame kristale spinduliuotosios šviesos pralaidumas ir absorbuota šviesa sumažės, taigi bangos ilgio derinimo diapazonas bus siauresnis, o siurbto lazerio linijos plotis ir bangos ilgio stabilumas bus griežtesnis. . Tačiau šis poveikis paprastai būna retas.

Kriogeninis aušinimas paprastai naudoja aušinimo skystį, pavyzdžiui, skystą azotą ar skystą helį, o idealiu atveju šaltnešis cirkuliuoja per vamzdelį, pritvirtintą prie lazerinio kristalo. Aušinimo skystis papildomas laiku arba perdirbamas uždaroje kilpoje. Norint išvengti kietėjimo, paprastai reikia įdėti lazerinį kristalą į vakuuminę kamerą.

Lazerinių kristalų, veikiančių žemoje temperatūroje, koncepcija taip pat gali būti pritaikyta stiprintuvams. Titano safyras gali būti naudojamas teigiamam grįžtamojo ryšio stiprintuvui padaryti - vidutinę išėjimo galią dešimtys vatų.

Nors kriogeniniai aušinimo įtaisai gali apsunkintiLazerio sistemos, labiau paplitusios aušinimo sistemos dažnai yra mažiau paprastos, o kriogeninio aušinimo efektyvumas leidžia šiek tiek sumažinti sudėtingumą.