Што е криоген ласер

Концептот на ласери што работат на ниски температури не е нов: вториот ласер во историјата бил криоген. Првично, концептот бил тежок за постигнување работа на собна температура, а ентузијазмот за работа на ниски температури започнал во 1990-тите со развојот на ласери и засилувачи со голема моќност.

Во голема моќностласерски извори, термичките ефекти како што се губење на деполаризација, свиткување на термичка леќа или ласерски кристал можат да влијаат на перформансите наизвор на светлинаПреку ладење на ниска температура, многу штетни термички ефекти можат ефикасно да се потиснат, односно медиумот за засилување треба да се олади на 77K или дури 4K. Ефектот на ладење главно вклучува:

Карактеристичната спроводливост на медиумот за засилување е значително намалена, главно затоа што средната слободна патека на јажето е зголемена. Како резултат на тоа, температурниот градиент драматично опаѓа. На пример, кога температурата се намалува од 300K на 77K, топлинската спроводливост на YAG кристалот се зголемува за фактор седум.

Коефициентот на термичка дифузија, исто така, нагло се намалува. Ова, заедно со намалувањето на температурниот градиент, резултира со намален ефект на термичко леќање и со тоа намалена веројатност за прекин на стресот.

Термооптичкиот коефициент е исто така намален, што дополнително го намалува ефектот на термичката леќа.

Зголемувањето на апсорпциониот напречен пресек на ретките земни јони главно се должи на намалувањето на проширувањето предизвикано од термичкиот ефект. Затоа, моќноста на сатурација е намалена, а засилувањето на ласерот е зголемено. Затоа, моќноста на прагот на пумпата е намалена, а кога работи Q прекинувачот, може да се добијат пократки импулси. Со зголемување на трансмитансата на излезниот спојувач, 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 медиумот со квази-три нивоа на засилување е намален, па затоа прагот на пумпање е намален и енергетската ефикасност е подобрена. На пример, Yb:YAG, кој произведува светлина на 1030nm, може да се смета за квази-три нивоа систем на собна температура, но како систем на четири нивоа на 77K. Er: Истото важи и за YAG.

Во зависност од медиумот за засилување, интензитетот на некои процеси на гаснење ќе се намали.

Во комбинација со горенаведените фактори, работата на ниска температура може значително да ги подобри перформансите на ласерот. Особено, ласерите за ладење на 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 земе предвид е дека кај криоладен ласерски кристал, пропусниот опсег на зрачената светлина и апсорбираната светлина ќе бидат намалени, па опсегот на подесување на брановата должина ќе биде потесен, а ширината на линијата и стабилноста на брановата должина на пумпаниот ласер ќе бидат построги. Сепак, овој ефект е обично редок.

Криогеното ладење обично користи средство за ладење, како што е течен азот или течен хелиум, а идеално средството за ладење циркулира низ цевка прикачена на ласерски кристал. Течноста за ладење се надополнува со текот на времето или се рециклира во затворена јамка. За да се избегне зацврстување, обично е потребно ласерскиот кристал да се постави во вакуумска комора.

Концептот на ласерски кристали што работат на ниски температури може да се примени и кај засилувачите. Титаниумскиот сафир може да се користи за производство на позитивна повратна информација за засилувачот, со просечна излезна моќност во десетици вати.

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