Што е криогени ласер

Концептот на ласери кои работат на ниски температури не е нов: вториот ласер во историјата беше криогеничен. Првично, концептот беше тешко да се постигне работење со собна температура, а ентузијазмот за работа со ниска температура започна во 90-тите години со развој на ласери и засилувачи со голема моќност.

Со голема моќласерски извори, термички ефекти како што се загуба на деполаризација, термички леќи или свиткување на ласерски кристали можат да влијаат на перформансите наизвор на светлина. Преку ладење на ниска температура, многу штетни термички ефекти можат ефикасно да се потиснат, односно медиумот за добивка треба да се лади на 77K или дури и 4K. Ефектот за ладење главно вклучува:

Карактеристичната спроводливост на медиумот за добивка е значително инхибирана, главно затоа што средната слободна патека на јажето е зголемена. Како резултат, градиентот на температурата драматично паѓа. На пример, кога температурата се спушта од 300К на 77к, термичката спроводливост на кристалот YAG се зголемува за фактор од седум.

Коефициентот на термичка дифузија, исто така, нагло се намалува. Ова, заедно со намалување на градиентот на температурата, резултира во намален ефект на термичко леќи и затоа намалена веројатност за прекин на стресот.

Термо-оптичкиот коефициент е исто така намален, што дополнително го намалува ефектот на термичкиот леќа.

Зголемувањето на пресекот на апсорпција на редок јон на Земјата главно се должи на намалувањето на проширувањето предизвикано од термички ефект. Затоа, моќта на заситеност е намалена и се зголемува ласерската добивка. Затоа, моќноста на пумпата на прагот е намалена, а пократки пулсирања може да се добијат кога работи Q прекинувачот. Со зголемување на пренесувањето на излезниот спојник, ефикасноста на наклонот може да се подобри, така што ефектот на губење на паразитската празнина станува помалку важен.

Бројот на честички на вкупното ниско ниво на квази-три-ниво за добивање медиум е намален, така што моќноста на пумпањето на прагот е намалена и ефикасноста на моќноста е подобрена. На пример, YB: YAG, кој произведува светлина на 1030nm, може да се смета како квази-три ниво на систем на собна температура, но систем на четири нивоа на 77K. ЕР: Истото важи и за Јаг.

Во зависност од медиумот за добивка, ќе се намали интензитетот на некои процеси на калење.

Во комбинација со горенаведените фактори, работата со ниска температура може во голема мерка да ги подобри перформансите на ласерот. Особено, ласерите за ладење со ниска температура можат да добијат многу висока излезна моќност без термички ефекти, односно може да се добие добар квалитет на зракот.

Едно прашање што треба да се разгледа е дека во криоколираниот ласерски кристал, широчината на опсегот на зрачената светлина и апсорбираната светлина ќе се намали, така што опсегот на подесување на бранова должина ќе биде потесен, а ширината на линијата и стабилноста на брановата должина на пумпаниот ласер ќе биде построга. Сепак, овој ефект е обично редок.

Криогеното ладење обично користи течноста за ладење, како што е течен азот или течен хелиум, а идеално, ладилното средство циркулира низ цевка прикачена на ласерски кристал. Течноста за ладење се надополнува на време или се рециклира во затворена јамка. За да се избегне зацврстувањето, обично е неопходно да се постави ласерскиот кристал во вакуумска комора.

Концептот на ласерски кристали кои работат на ниски температури може да се применат и на засилувачите. Sapphire Titanium може да се користи за да се направи засилувач за позитивни повратни информации, просечна излезна моќност кај десетици вати.

Иако криогените уреди за ладење можат да се комплицираатласерски системи, почестите системи за ладење честопати се помалку едноставни, а ефикасноста на криогеното ладење овозможува одредено намалување на сложеноста.