Што такое крыягенны лазер

Канцэпцыя лазераў, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, не новая: другі лазер у гісторыі быў крыягенным. Спачатку было цяжка дасягнуць працы пры пакаёвай тэмпературы, і энтузіязм да працы пры нізкіх тэмпературах пачаўся ў 1990-х гадах з распрацоўкай магутных лазераў і ўзмацняльнікаў.

Пры высокай магутнасцілазерныя крыніцытэрмічныя эфекты, такія як страты дэпалярызацыі, цеплавая лінза або выгіб лазернага крышталя, могуць паўплываць на прадукцыйнасцькрыніца святлаДзякуючы нізкатэмпературнаму астуджэнню можна эфектыўна падавіць многія шкодныя цеплавыя эфекты, гэта значыць, асяроддзе ўзмацнення неабходна астудзіць да 77K або нават 4K. Эфект астуджэння ў асноўным уключае ў сябе:

Характарыстычная праводнасць асяроддзя ўзмацнення значна зніжаецца, галоўным чынам з-за павелічэння даўжыні свабоднага прабегу вяроўкі. У выніку градыент тэмпературы рэзка зніжаецца. Напрыклад, пры зніжэнні тэмпературы з 300 К да 77 К цеплаправоднасць крышталя YAG павялічваецца ў сем разоў.

Каэфіцыент цеплавой дыфузіі таксама рэзка зніжаецца. Гэта, разам са зніжэннем градыенту тэмператур, прыводзіць да зніжэння эфекту цеплавога лінзавання і, такім чынам, да зніжэння верагоднасці разрыву пад уздзеяннем напружання.

Тэрмааптычны каэфіцыент таксама зніжаецца, што яшчэ больш памяншае эфект цеплавой лінзы.

Павелічэнне сячэння паглынання іонаў рэдказямельных элементаў у асноўным звязана са змяншэннем пашырэння, выкліканага цеплавым эфектам. Такім чынам, магутнасць насычэння памяншаецца, а каэфіцыент узмацнення лазера павялічваецца. Такім чынам, парогавая магутнасць накачкі памяншаецца, і пры працы Q-пераключальніка можна атрымаць больш кароткія імпульсы. Павялічваючы прапусканне выходнага разветвителя, можна палепшыць эфектыўнасць нахілу, таму эфект паразітных страт у рэзанатары становіцца менш значным.

Колькасць часціц агульнага нізкага ўзроўню квазітрохузроўневага асяроддзя ўзмацнення памяншаецца, таму парогавая магутнасць накачкі зніжаецца, а энергаэфектыўнасць паляпшаецца. Напрыклад, Yb:YAG, які выпраменьвае святло пры 1030 нм, пры пакаёвай тэмпературы можна разглядаць як квазітрохузроўневую сістэму, але пры 77K — як чатырохузроўневую. Er: Тое ж самае тычыцца і YAG.

У залежнасці ад асяроддзя ўзмацнення інтэнсіўнасць некаторых працэсаў гашэння будзе зніжацца.

У спалучэнні з вышэйзгаданымі фактарамі, праца пры нізкай тэмпературы можа значна палепшыць прадукцыйнасць лазера. У прыватнасці, лазеры з нізкатэмпературным астуджэннем могуць атрымліваць вельмі высокую выходную магутнасць без цеплавых эфектаў, гэта значыць, можна атрымаць добрую якасць прамяня.

Варта ўлічваць, што ў крыяахалоджваным лазерным крышталі паласа прапускання выпраменьванага і паглынутага святла будзе зніжана, таму дыяпазон перабудовы даўжыні хвалі будзе вузейшым, а шырыня лініі і стабільнасць даўжыні хвалі накачанага лазера будуць больш жорсткімі. Аднак гэты эфект звычайна сустракаецца рэдка.

Крыягеннае астуджэнне звычайна выкарыстоўвае цепланосбіт, напрыклад, вадкі азот або вадкі гелій, і ў ідэале холадагент цыркулюе праз трубку, падлучаную да лазернага крышталя. Цепланосбіт папаўняецца з часам або рэцыркулюе ў замкнёным цыкле. Каб пазбегнуць зацвярдзення, звычайна неабходна змясціць лазерны крышталь у вакуумную камеру.

Канцэпцыя лазерных крышталяў, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, можа быць ужытая і да ўзмацняльнікаў. Тытан-сапфір можа быць выкарыстаны для стварэння ўзмацняльнікаў з станоўчай зваротнай сувяззю, сярэдняя выходная магутнасць якіх вымяраецца дзясяткамі ват.

Нягледзячы на ​​тое, што крыягенныя астуджальныя прылады могуць ускладніцьлазерныя сістэмы, больш распаўсюджаныя сістэмы астуджэння часта менш простыя, а эфектыўнасць крыягеннага астуджэння дазваляе некалькі паменшыць складанасць.