Mis on krüogeenne laser

Madalatel temperatuuridel töötavate laserite kontseptsioon ei ole uus: ajaloo teine ​​laser oli krüogeenne. Algselt oli kontseptsiooni toatemperatuuril töötamist raske saavutada ning entusiasm madalal temperatuuril töötamiseks sai alguse 1990. aastatel võimsate laserite ja võimendite väljatöötamisest.

Suure võimsusegalaserallikad, termilised mõjud, nagu depolarisatsioonikadu, termiline lääts või laserkristallide painutamine, võivad mõjutada seadme jõudlustvalgusallikas. Madala temperatuuriga jahutamise abil saab paljusid kahjulikke termilisi mõjusid tõhusalt maha suruda, see tähendab, et võimenduskeskkonda tuleb jahutada 77K või isegi 4K-ni. Jahutusefekt hõlmab peamiselt:

Tugevduskeskkonna iseloomulik juhtivus on oluliselt pärsitud, peamiselt seetõttu, et köie keskmine vaba teekond on suurenenud. Selle tulemusena langeb temperatuurigradient järsult. Näiteks kui temperatuur langetatakse 300K-lt 77K-ni, suureneb YAG-kristalli soojusjuhtivus seitse korda.

Samuti väheneb järsult soojusdifusioonitegur. Selle tulemuseks on koos temperatuurigradiendi vähenemisega termilise läätse efekti vähenemine ja seetõttu väheneb pingerebenemise tõenäosus.

Samuti väheneb termo-optiline koefitsient, mis vähendab veelgi termilise läätse efekti.

Haruldaste muldmetallide ioonide neeldumisristlõike suurenemine on peamiselt tingitud termilise efekti põhjustatud laienemise vähenemisest. Seetõttu väheneb küllastusvõimsus ja suureneb laseri võimendus. Seetõttu väheneb pumba lävivõimsus ja Q-lüliti töötamise ajal on võimalik saada lühemaid impulsse. Väljundühenduse läbilaskvust suurendades saab kalde efektiivsust parandada, nii et parasiitide õõnsuse kadumise efekt muutub vähem oluliseks.

Kvaasi-kolmetasemelise võimenduskeskkonna kogu madala taseme osakeste arv väheneb, seega väheneb pumpamise lävivõimsus ja paraneb energiatõhusus. Näiteks Yb:YAG, mis toodab valgust lainepikkusel 1030 nm, võib vaadelda toatemperatuuril peaaegu kolmetasandilise süsteemina, 77K juures aga neljatasandilise süsteemina. Er: Sama kehtib ka YAG kohta.

Sõltuvalt võimenduskeskkonnast väheneb mõne summutusprotsessi intensiivsus.

Koos ülaltoodud teguritega võib madalal temperatuuril töötamine laseri jõudlust oluliselt parandada. Eelkõige võivad madala temperatuuriga jahutuslaserid saada väga suure väljundvõimsuse ilma termiliste mõjudeta, see tähendab, et on võimalik saavutada hea kiire kvaliteet.

Üks probleem, mida tuleb arvestada, on see, et krüojahutusega laserkristallides väheneb kiiratava valguse ribalaius ja neelduv valgus, mistõttu on lainepikkuse häälestusvahemik kitsam ning pumbatava laseri joone laius ja lainepikkuse stabiilsus on rangemad. . Kuid see mõju on tavaliselt haruldane.

Krüogeense jahutuse puhul kasutatakse tavaliselt jahutusvedelikku, näiteks vedelat lämmastikku või vedelat heeliumi, ja ideaaljuhul ringleb külmutusagens läbi laserkristalli külge kinnitatud toru. Jahutusvedelikku lisatakse õigeaegselt või taaskasutatakse suletud ringis. Tahkumise vältimiseks on tavaliselt vaja laserkristall asetada vaakumkambrisse.

Madalatel temperatuuridel töötavate laserkristallide kontseptsiooni saab rakendada ka võimendite puhul. Titaansafiirist saab teha positiivse tagasisidega võimendi, mille keskmine väljundvõimsus on kümnetes vattides.

Kuigi krüogeensed jahutusseadmed võivad seda keerulisemaks muutalasersüsteemid, tavalisemad jahutussüsteemid on sageli vähem lihtsad ja krüogeense jahutuse tõhusus võimaldab nende keerukust mõnevõrra vähendada.