Што такое крыягенны лазер

Канцэпцыя лазераў, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, не новая: другі лазер у гісторыі быў криогенный. Першапачаткова гэтай канцэпцыі было складана дасягнуць аперацыі пакаёвай тэмпературы, і энтузіязм да нізкатэмпературнай працы пачаўся ў 1990-х гадах з развіцця лазераў і ўзмацняльнікаў высокай магутнасці.

У высокай магутнасціЛазерныя крыніцы, цеплавыя эфекты, такія як страта дэпалярызацыі, цеплавая лінза або выгіб лазернага крышталя, могуць паўплываць на прадукцыйнасцькрыніца святла. Пры астуджэнні нізкай тэмпературы шмат шкодных цеплавых эфектаў можа быць эфектыўна падаўлена, гэта значыць, асяроддзе ўзмацнення трэба астудзіць да 77k ці нават 4K. Эфект астуджэння ў асноўным уключае:

Характэрная праводнасць асяроддзя ўзмацнення значна інгібіруецца, галоўным чынам таму, што сярэдні вольны шлях вяроўкі павялічваецца. У выніку градыент тэмпературы рэзка падае. Напрыклад, калі тэмпература зніжаецца з 300k да 77K, цеплаправоднасць крышталя YAG павялічваецца ў сямі каэфіцыентах.

Каэфіцыент цеплавой дыфузіі таксама рэзка памяншаецца. Гэта, разам са зніжэннем градыенту тэмпературы, прыводзіць да зніжэння цеплавога лінзавага эфекту і, такім чынам, зніжаецца верагоднасць разрыву стрэсу.

Тэрма-аптычны каэфіцыент таксама памяншаецца, што яшчэ больш зніжае эфект цеплавой лінзы.

Павелічэнне перасеку паглынання іёнаў рэдкіх Зямлі звязана ў асноўным са зніжэннем пашырэння, выкліканым цеплавым эфектам. Такім чынам, магутнасць насычэння памяншаецца, а лазернае ўзмацненне павялічваецца. Такім чынам, магутнасць парогавага помпы памяншаецца, а пры працы Q можна атрымаць кароткія імпульсы. Павышэнне перадачы выходнай муфты, эфектыўнасць нахілу можа быць палепшана, таму эфект страты паразітычнай паражніны становіцца менш важным.

Колькасць часціц агульнага нізкага ўзроўню асяроддзя ўзмацнення квазі-тры ўзроўню памяншаецца, таму парогавая магутнасць помпы памяншаецца і павышаецца эфектыўнасць магутнасці. Напрыклад, YB: YAG, які вырабляе святло пры 1030 нм, можна разглядаць як квазі-тры ўзроўню пры пакаёвай тэмпературы, але сістэму чатырох узроўняў у 77K. ER: Тое ж самае і для YAG.

У залежнасці ад асяроддзя ўзмацнення, інтэнсіўнасць некаторых працэсаў тушэння будзе зніжана.

У спалучэнні з вышэйзгаданымі фактарамі, аперацыя з нізкай тэмпературай можа значна палепшыць прадукцыйнасць лазера. У прыватнасці, лазеры астуджэння з нізкай тэмпературай могуць атрымаць вельмі высокую выходную магутнасць без цеплавых эфектаў, гэта значыць, якасць добрага прамяня можна атрымаць.

Адзінае пытанне, якое неабходна ўлічваць, заключаецца ў тым, што ў крышталі криокурованного лазернага крышталя прапускная здольнасць выпраменьванага святла і паглынутага святла будуць памяншацца, таму дыяпазон налады даўжыні хвалі будзе больш вузкай, а шырыня лініі і стабільнасць даўжыні хвалі перапампоўванага лазера будуць больш жорсткімі. Аднак гэты эфект звычайна рэдкі.

Крыягеннае астуджэнне звычайна выкарыстоўвае цепланосбіт, напрыклад, вадкі азот або вадкі гелій, і ў ідэале хладагент цыркулюе праз трубку, прымацаваную да лазернага крышталя. Астуджальная вадкасць папаўняецца своечасова альбо перапрацоўваецца ў закрытай пятлі. Каб пазбегнуць застывання, звычайна неабходна змясціць лазерны крышталь у вакуумную камеру.

Канцэпцыя лазерных крышталяў, якія працуюць пры нізкіх тэмпературах, таксама можа прымяняцца да ўзмацняльнікаў. Sapphire Titanium можа быць выкарыстаны для стварэння станоўчага ўзмацняльніка зваротнай сувязі, сярэдняй выходнай магутнасці ў дзясятках ват.

Хоць крыёгенныя прылады астуджэння могуць ускладніцьЛазерныя сістэмы, больш распаўсюджаныя сістэмы астуджэння часта менш простыя, а эфектыўнасць крыёгеннага астуджэння дазваляе знізіць складанасць.