Mis on krüogeenne laser

Madalatel temperatuuridel töötavate laserite kontseptsioon pole uus: ajaloo teine ​​laser oli krüogeenne. Algselt oli kontseptsiooni toatemperatuuril töötamine keeruline saavutada ning entusiasm madalatemperatuurse töö vastu algas 1990. aastatel koos suure võimsusega laserite ja võimendite väljatöötamisega.

Suure võimsusegalaserallikadtermilised efektid, näiteks depolarisatsioonikaotus, termiline lääts või laserkristalli painutamine, võivad mõjutada seadme jõudlust.valgusallikasMadala temperatuuriga jahutamise abil saab paljusid kahjulikke termilisi efekte tõhusalt maha suruda, st võimenduskeskkonda tuleb jahutada temperatuurini 77K või isegi 4K. Jahutusefekt hõlmab peamiselt järgmist:

Võimenduskeskkonna iseloomulik juhtivus on oluliselt vähenenud, peamiselt seetõttu, et köie keskmine vaba tee pikkus suureneb. Selle tulemusena langeb temperatuurigradient järsult. Näiteks kui temperatuur langeb 300 K-lt 77 K-ni, suureneb YAG-kristalli soojusjuhtivus seitsmekordselt.

Ka termiline difusioonitegur väheneb järsult. See koos temperatuurigradiendi vähenemisega vähendab termilise läätse efekti ja seega ka pingest tingitud purunemise tõenäosust.

Samuti väheneb termooptiline koefitsient, mis vähendab veelgi termilise läätse efekti.

Haruldaste muldmetallide ioonide neeldumisristlõike suurenemine tuleneb peamiselt termilise efekti põhjustatud laienemise vähenemisest. Seetõttu väheneb küllastusvõimsus ja suureneb laseri võimendus. Seetõttu väheneb lävipumba võimsus ja Q-lüliti töötamise ajal on võimalik saada lühemaid impulsse. Väljundlüliti läbilaskvuse suurendamisega saab parandada kalde efektiivsust, mistõttu parasiitse õõnsuse kadu mõju väheneb.

Kvaasikolmetasemelise võimenduskeskkonna kogumadala taseme osakeste arv väheneb, seega väheneb pumpamise lävivõimsus ja paraneb energiatõhusus. Näiteks Yb:YAG-i, mis tekitab valgust lainepikkusel 1030 nm, võib toatemperatuuril vaadelda kvaasikolmetasemelise süsteemina, kuid temperatuuril 77 K neljatasemelise süsteemina. Er: Sama kehtib ka YAG-i kohta.

Sõltuvalt võimenduskeskkonnast väheneb mõnede summutusprotsesside intensiivsus.

Koos ülaltoodud teguritega võib madalal temperatuuril töötamine laseri jõudlust oluliselt parandada. Eelkõige võivad madalal temperatuuril jahutavad laserid saavutada väga suure väljundvõimsuse ilma termiliste efektideta, st hea kiirte kvaliteedi.

Üks kaalumist vääriv tegur on see, et krüojahutusega laserkristallis väheneb kiiratava ja neelduva valguse ribalaius, mistõttu lainepikkuse häälestamisvahemik on kitsam ning pumbatava laseri joone laius ja lainepikkuse stabiilsus on rangemad. See efekt on aga tavaliselt haruldane.

Krüogeenses jahutuses kasutatakse tavaliselt jahutusvedelikku, näiteks vedelat lämmastikku või vedelat heeliumi, ja ideaaljuhul ringleb jahutusvedelik läbi laserkristalli külge kinnitatud toru. Jahutusvedelikku täiendatakse aja jooksul või ringlusse võetakse suletud ahelas. Tahkumise vältimiseks on tavaliselt vaja laserkristall paigutada vaakumkambrisse.

Madalatel temperatuuridel töötavate laserkristallide kontseptsiooni saab rakendada ka võimendite puhul. Titaansafiiri saab kasutada positiivse tagasisidega võimendite valmistamiseks, mille keskmine väljundvõimsus on kümnetes vattides.

Kuigi krüogeensed jahutusseadmed võivad keerulisemaks muutalasersüsteemid, on levinumad jahutussüsteemid sageli vähem lihtsad ja krüogeense jahutuse efektiivsus võimaldab keerukust mõnevõrra vähendada.