Mis on krüogeenne laser

Madalatel temperatuuridel töötavate laserite kontseptsioon pole uus: ajaloo teine ​​laser oli krüogeenne. Algselt oli kontseptsiooni toatemperatuuri toimimise saavutamine keeruline ja madala temperatuuriga töö entusiasm algas 1990. aastatel suure võimsusega laserite ja võimendite väljatöötamisega.

Suure võimsusegalaserallikad, termilised mõjud nagu depolarisatsiooni kaotus, termiline lääts või laserkristallide painded võivad mõjutadavalgusallikas. Madala temperatuuri jahutamise kaudu saab tõhusalt suruda palju kahjulikke soojusefekte, see tähendab, et võimenduse keskkond tuleb jahutada 77K või isegi 4K -ni. Jahutav efekt sisaldab peamiselt:

Võimendi keskkonna iseloomulik juhtivus on suuresti pärsitud, peamiselt seetõttu, et köie keskmine vaba tee on suurenenud. Selle tulemusel langeb temperatuurigradient dramaatiliselt. Näiteks kui temperatuur langetatakse 300K -lt 77 000 -ni, suureneb YAG -i kristalli soojusjuhtivus seitsmenda võrra.

Ka termiline difusioonikoefitsient väheneb järsult. See koos temperatuurigradiendi vähenemisega põhjustab vähenenud termilise läätse efekti ja seetõttu väheneb stressi rebenemise tõenäosus.

Samuti vähendatakse termo-optilist koefitsienti, vähendades veelgi termilise läätse efekti.

Haruldaste muldmetallide ioonide imendumise ristlõike suurenemine on peamiselt tingitud termilisest toimest põhjustatud laienemise vähenemisest. Seetõttu väheneb küllastusvõimsus ja laseri võimendus suureneb. Seetõttu väheneb lävepumba võimsus ja Q -lüliti töötamisel on võimalik lühemaid impulsse. Suurendades väljundühenduse läbilaskvust, saab nõlva efektiivsust parandada, nii et parasiitide õõnsuse kadude efekt muutub vähem oluliseks.

Kvasi-kolme taseme tõusukeskkonna madala taseme osakeste arv väheneb, nii et läve pumpamisvõimsus väheneb ja jõuefektiivsust parandatakse. Näiteks YB: YAG, mis toodab valgust 1030 nm, võib pidada toatemperatuuril kvaasitaseme süsteemina, kuid neljatasandiline süsteem 77K juures. ER: Sama kehtib ka Yagi kohta.

Sõltuvalt võimenduse söötmest väheneb mõne kustutamise protsessi intensiivsus.

Koos ülaltoodud teguritega võib madal temperatuuriga töö laseri jõudlust oluliselt parandada. Täpsemalt, madala temperatuuriga jahutuslaserid võivad saada väga suure väljundvõimsuse ilma termiliste efektideta, see tähendab, et saab hea tala kvaliteedi.

Üks küsimus, mida tuleks arvestada, on see, et krüokivide laserkristallides väheneb kiiritatud valguse ja neeldunud valguse ribalaius, nii et lainepikkuse häälestamise vahemik on kitsam ning pumbatud laseri joone laius ja lainepikkuse stabiilsus on rangem. Kuid see efekt on tavaliselt haruldane.

Krüogeenne jahutus kasutab tavaliselt jahutusvedelikku, näiteks vedelat lämmastikku või vedelat heeliumit, ja ideaaljuhul ringleb külmutur laseriga kristalli külge kinnitatud toru kaudu. Jahutusvedelikku täiendatakse õigeaegselt või võetakse suletud ahelas ringlusse. Tahkumise vältimiseks on tavaliselt vaja laserkristall vaakumkambrisse paigutada.

Madalatel temperatuuridel töötavate laserkristallide kontseptsiooni saab kasutada ka võimenditele. Titaani safiiri saab kasutada positiivse tagasiside võimendi, keskmise väljundvõimsuse valmistamiseks kümnetes vattides.

Kuigi krüogeensed jahutusseadmed võivad keeruliseks muutalasersüsteemid, levinumad jahutussüsteemid on sageli vähem lihtsad ja krüogeense jahutamise tõhusus võimaldab keerulist vähendada.