Што такое крыягенных лазер

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

У высокай магутнасцілазерныя крыніцы, цеплавыя эфекты, такія як страта пры дэпалярызацыі, цеплавая лінза або згінанне лазернага крышталя, могуць паўплываць на прадукцыйнасцькрыніца святла. Дзякуючы нізкатэмпературнаму астуджэнню многія шкодныя цеплавыя эфекты могуць быць эфектыўна падаўлены, гэта значыць, узмацняльнае асяроддзе неабходна астудзіць да 77K або нават 4K. Астуджальны эфект у асноўным уключае:

Характарыстычная праводнасць асяроддзя ўзмацнення моцна тармозіцца, галоўным чынам таму, што сярэдняя даўжыня вольнага прабегу вяроўкі павялічваецца. У выніку тэмпературны градыент рэзка падае. Напрыклад, калі тэмпература зніжаецца з 300K да 77K, цеплаправоднасць крышталя YAG павялічваецца ў сем разоў.

Рэзка зніжаецца і каэфіцыент цеплавой дыфузіі. Гэта разам са зніжэннем тэмпературнага градыенту прыводзіць да зніжэння эфекту цеплавой лінзы і, такім чынам, да зніжэння верагоднасці разрыву пад напругай.

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

Павелічэнне сячэння паглынання рэдказямельных іёнаў адбываецца ў асноўным за кошт памяншэння пашырэння, выкліканага цеплавым эфектам. Такім чынам, магутнасць насычэння памяншаецца, а ўзмацненне лазера павялічваецца. Такім чынам, парогавая магутнасць накачкі зніжаецца, і пры працы перамыкача Q можна атрымаць больш кароткія імпульсы. За кошт павелічэння каэфіцыента прапускання выхаднога злучальніка эфектыўнасць нахілу можа быць палепшана, таму эфект страт у паразітарнай паражніны становіцца менш важным.

Колькасць часціц агульнага нізкага ўзроўню квазі-трохузроўневай асяроддзя ўзмацнення памяншаецца, таму парогавая магутнасць накачкі зніжаецца і энергетычная эфектыўнасць паляпшаецца. Напрыклад, Yb:YAG, які вырабляе святло пры 1030 нм, можа разглядацца як квазі-трохузроўневая сістэма пры пакаёвай тэмпературы, але як чатырохузроўневая сістэма пры 77K. Er: Тое ж самае дакладна для YAG.

У залежнасці ад асяроддзя ўзмацнення інтэнсіўнасць некаторых працэсаў загартоўкі будзе зніжана.

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

Адна праблема, якую варта ўлічваць, заключаецца ў тым, што ў крыяахалоджаным лазерным крышталі шырыня прапускной здольнасці выпраменьванага святла і паглынутага святла будзе зніжана, таму дыяпазон налады даўжыні хвалі будзе вузейшым, а шырыня лініі і стабільнасць даўжыні хвалі напампаванага лазера будуць больш строгімі. . Аднак гэты эфект звычайна бывае рэдка.

Для крыягеннага астуджэння звычайна выкарыстоўваецца астуджальная вадкасць, такая як вадкі азот або вадкі гелій, і ў ідэале холадагент цыркулюе па трубцы, прымацаванай да лазернага крышталя. Астуджальная вадкасць своечасова папаўняецца або перапрацоўваецца ў замкнёным цыкле. Для таго, каб пазбегнуць застывання, звычайна неабходна змясціць лазерны крышталь у вакуумную камеру.

Канцэпцыя лазерных крышталяў, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, таксама можа быць прыменена да ўзмацняльнікаў. Тытан-сапфір можна выкарыстоўваць для вырабу ўзмацняльніка станоўчай зваротнай сувязі, сярэдняя выхадны магутнасць якога складае дзесяткі ват.

Хоць крыягенныя прылады астуджэння могуць ускладніцьлазерныя сістэмы, больш распаўсюджаныя сістэмы астуджэння часта менш простыя, а эфектыўнасць крыягеннага астуджэння дазваляе некаторае зніжэнне складанасці.