Што е криоген ласер

Концептот на ласери кои работат на ниски температури не е нов: вториот ласер во историјата бил криоген. Првично, концептот беше тешко да се постигне работа на собна температура, а ентузијазмот за работа на ниски температури започна во 1990-тите со развојот на ласери и засилувачи со голема моќност.

Со висока моќностласерски извори, термичките ефекти како што се загубата на деполаризација, термичката леќа или ласерското свиткување кристали може да влијаат на перформансите наизвор на светлина. Преку ладењето со ниски температури, многу штетни термички ефекти можат ефикасно да се потиснат, односно медиумот за засилување треба да се олади до 77K или дури 4K. Ефектот на ладење главно вклучува:

Карактеристичната спроводливост на медиумот за засилување е значително инхибирана, главно поради тоа што просечната слободна патека на јажето е зголемена. Како резултат на тоа, температурниот градиент драстично опаѓа. На пример, кога температурата е намалена од 300K на 77K, топлинската спроводливост на кристалот YAG 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 термичка леќа и затоа намалена веројатност за прекин на стресот.

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

Зголемувањето на пресекот на апсорпција на јон на ретка земја главно се должи на намалувањето на проширувањето предизвикано од термички ефект. Затоа, моќта на заситување се намалува и ласерското засилување се зголемува. Затоа, моќноста на прагот на пумпата се намалува и може да се добијат пократки импулси кога работи прекинувачот Q. Со зголемување на пропустливоста на излезната спојка, 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 за засилување со квази три нивоа е намален, така што прагот на пумпање моќност се намалува и ефикасноста на моќноста се подобрува. На пример, Yb:YAG, кој произведува светлина на 1030nm, може да се гледа како систем на квази-три нивоа на собна температура, но систем на четири нивоа на 77K. Ер: 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 ниски температури може значително 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 земе предвид е дека во ласерски кристал со ладење, пропусниот опсег на зрачената светлина и апсорбираната светлина ќе се намалат, така што 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 обично е редок.

Криогенското ладење обично користи течност за ладење, како што е течен азот или течен хелиум, а идеално е разладното средство циркулира низ цевка прикачена на ласерски кристал. Течноста за ладење се надополнува навреме или се рециклира во затворена јамка. Со цел да се избегне зацврстување, обично е неопходно ласерскиот кристал да се постави во вакуумска комора.

Концептот на ласерски кристали кои работат на ниски температури може да се примени и на засилувачите. Титаниумскиот сафир може да се користи за да се направи засилувач со позитивни повратни информации, просечната 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 криогенското ладење овозможува одредено намалување на сложеноста.