Шта је криогени ласер

Концепт ласера ​​који раде на ниским температурама није нов: други ласер у историји био је криогени. У почетку је концепт био тешко постићи рад на собној температури, а ентузијазам за рад на ниским температурама почео је 1990-их развојем ласера ​​и појачавача велике снаге.

У великој сназиласерски извори, термички ефекти као што су губитак деполаризације, термално сочиво или савијање ласерског кристала могу утицати на перформансеизвор светлостиХлађењем на ниским температурама, многи штетни термички ефекти могу се ефикасно сузбити, односно, медијум за појачање треба охладити на 77K или чак 4K. Ефекат хлађења углавном укључује:

Карактеристична проводљивост медијума појачања је знатно смањена, углавном зато што се повећава средњи слободни пут ужета. Као резултат тога, температурни градијент драматично опада. На пример, када се температура спусти са 300K на 77K, топлотна проводљивост YAG кристала се повећава седам пута.

Коефицијент термичке дифузије такође нагло опада. Ово, заједно са смањењем температурног градијента, доводи до смањеног ефекта термичког сочива и самим тим смањене вероватноће пуцања услед напона.

Термо-оптички коефицијент је такође смањен, што додатно смањује ефекат термалног сочива.

Повећање попречног пресека апсорпције јона ретких земаља углавном је последица смањења проширења изазваног термичким ефектом. Због тога се смањује снага засићења и повећава појачање ласера. Стога се смањује праг пумпе и могу се добити краћи импулси када Q прекидач ради. Повећањем пропустљивости излазног спрега, може се побољшати ефикасност нагиба, тако да ефекат губитка у паразитској шупљини постаје мање важан.

Број честица укупног ниског нивоа квази-тростепеног медијума за појачање је смањен, тако да је праг пумпне снаге смањен, а ефикасност снаге побољшана. На пример, Yb:YAG, који производи светлост на 1030nm, може се посматрати као квази-тростепени систем на собној температури, али као четворостепени систем на 77K. Er: Исто важи и за YAG.

У зависности од медијума за појачање, интензитет неких процеса гашења ће бити смањен.

У комбинацији са горе наведеним факторима, рад на ниској температури може значајно побољшати перформансе ласера. Конкретно, ласери са хлађењем на ниској температури могу постићи веома високу излазну снагу без термичких ефеката, односно може се добити добар квалитет снопа.

Једно питање које треба узети у обзир јесте да ће се у криохлађеном ласерском кристалу смањити пропусни опсег зрачене и апсорбоване светлости, па ће опсег подешавања таласне дужине бити ужи, а ширина линије и стабилност таласне дужине пумпаног ласера ​​биће строжије. Међутим, овај ефекат је обично редак.

Криогено хлађење обично користи расхладно средство, као што је течни азот или течни хелијум, а идеално је да расхладно средство циркулише кроз цев причвршћену за ласерски кристал. Расхладно средство се допуњава током времена или рециклира у затвореној петљи. Да би се избегло очвршћавање, обично је потребно поставити ласерски кристал у вакуумску комору.

Концепт ласерских кристала који раде на ниским температурама може се применити и на појачала. Титанијум-сафир се може користити за израду појачала са позитивном повратном спрегом, са просечном излазном снагом у десетинама вати.

Иако криогени уређаји за хлађење могу да компликујуласерски системи, чешћи системи хлађења су често мање једноставни, а ефикасност криогеног хлађења омогућава извесно смањење сложености.