Kas yra „kriogeninis lazeris“? Iš tiesų, tai yralazeriskuriam reikalingas žemos temperatūros veikimas stiprinimo terpėje.
Žemoje temperatūroje veikiančių lazerių koncepcija nėra nauja: antrasis lazeris istorijoje buvo kriogeninis. Iš pradžių buvo sunku pasiekti, kad ši koncepcija veiktų kambario temperatūroje, o entuziazmas atlikti darbus žemoje temperatūroje prasidėjo 1990-aisiais, kai buvo sukurti didelės galios lazeriai ir stiprintuvai.
Didelės galioslazerio šaltiniaiterminiai efektai, tokie kaip depoliarizacijos praradimas, terminis lęšis arba lazerinis kristalų lenkimas, gali turėti įtakos veikimuišviesos šaltinisŽemos temperatūros aušinimas gali veiksmingai slopinti daugelį žalingų šiluminių efektų, t. y. stiprinimo terpę reikia atvėsinti iki 77 K ar net 4 K. Aušinimo efektas daugiausia apima:
Stiprinimo terpės būdingasis laidumas labai sumažėja, daugiausia dėl to, kad padidėja vidutinis laisvas virvės kelias. Dėl to temperatūros gradientas smarkiai sumažėja. Pavyzdžiui, kai temperatūra sumažinama nuo 300 K iki 77 K, YAG kristalo šilumos laidumas padidėja septynis kartus.
Taip pat smarkiai sumažėja šiluminės difuzijos koeficientas. Dėl to, kartu su sumažėjusiu temperatūros gradientu, sumažėja šiluminio lęšio efektas ir dėl to sumažėja įtempio sukelto plyšimo tikimybė.
Taip pat sumažėja termooptinis koeficientas, dar labiau sumažinant terminio lęšio efektą.
Retųjų žemių jonų sugerties skerspjūvio padidėjimas daugiausia susijęs su terminio efekto sukelto išplatėjimo sumažėjimu. Todėl sumažėja soties galia ir padidėja lazerio stiprinimo koeficientas. Todėl sumažėja slenkstinė kaupinimo galia, o veikiant Q jungikliui galima gauti trumpesnius impulsus. Padidinus išėjimo jungties pralaidumą, galima pagerinti nuolydžio efektyvumą, todėl parazitinės ertmės nuostolių efektas tampa mažiau svarbus.
Kvazi-trijų lygių stiprinimo terpės bendro žemo lygio dalelių skaičius sumažėja, todėl sumažėja slenkstinė kaupinimo galia ir pagerėja energijos vartojimo efektyvumas. Pavyzdžiui, Yb:YAG, kuris sukuria 1030 nm bangos ilgio šviesą, kambario temperatūroje gali būti laikomas kvazi-trijų lygių sistema, o 77 K temperatūroje – keturių lygių sistema. Er: Tas pats pasakytina ir apie YAG.
Priklausomai nuo stiprinimo terpės, kai kurių gesinimo procesų intensyvumas sumažės.
Kartu su minėtais veiksniais, veikimas žemoje temperatūroje gali gerokai pagerinti lazerio našumą. Visų pirma, žemoje temperatūroje aušinami lazeriai gali gauti labai didelę išėjimo galią be šiluminio poveikio, t. y. gerą spindulio kokybę.
Vienas iš aspektų, į kurį reikia atsižvelgti, yra tai, kad kriogeniniu būdu aušinamame lazerio kristale sumažės spinduliuojamos ir sugeriamos šviesos pralaidumas, todėl bangos ilgio derinimo diapazonas bus siauresnis, o kaupinamo lazerio linijos plotis ir bangos ilgio stabilumas bus griežtesni. Tačiau šis efektas paprastai pasitaiko retai.
Kriogeniniam aušinimui paprastai naudojamas aušinimo skystis, pavyzdžiui, skystas azotas arba skystas helis, ir idealiu atveju šaltnešis cirkuliuoja per vamzdelį, pritvirtintą prie lazerinio kristalo. Aušinimo skystis laikui bėgant papildomas arba recirkuliuojamas uždaroje kilpoje. Siekiant išvengti sukietėjimo, lazerinį kristalą paprastai reikia įdėti į vakuuminę kamerą.
Žemoje temperatūroje veikiančių lazerinių kristalų koncepcija taip pat gali būti taikoma stiprintuvams. Titano safyras gali būti naudojamas teigiamo grįžtamojo ryšio stiprintuvams, kurių vidutinė išėjimo galia yra dešimtys vatų, gaminti.
Nors kriogeniniai aušinimo įrenginiai gali apsunkintilazerinės sistemos, labiau paplitusios aušinimo sistemos dažnai yra ne tokios paprastos, o kriogeninio aušinimo efektyvumas leidžia šiek tiek sumažinti sudėtingumą.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 14 d.