Шта је криогени ласер

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

У великој сназиласерски извори, термални ефекти као што су губитак деполаризације, термална сочива или савијање ласерског кристала могу утицати на перформансеизвор светлости. Кроз нискотемпературно хлађење, многи штетни топлотни ефекти могу бити ефикасно потиснути, то јест, медијум појачања треба да се охлади на 77К или чак 4К. Ефекат хлађења углавном укључује:

Карактеристична проводљивост медијума за појачавање је у великој мери инхибирана, углавном зато што је повећана средња слободна путања ужета. Као резултат, температурни градијент драматично опада. На пример, када се температура спусти са 300К на 77К, топлотна проводљивост ИАГ кристала се повећава за фактор седам.

Коефицијент топлотне дифузије такође нагло опада. Ово, заједно са смањењем градијента температуре, резултира смањеним ефектом термичког сочива и самим тим смањеном вероватноћом руптуре напрезања.

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

Повећање попречног пресека апсорпције јона ретких земаља углавном је последица смањења ширења изазваног топлотним ефектом. Због тога се смањује снага засићења и повећава се појачање ласера. Због тога је гранична снага пумпе смањена, а краћи импулси се могу добити када К прекидач ради. Повећањем пропустљивости излазног спојника, ефикасност нагиба се може побољшати, тако да ефекат губитка паразитне шупљине постаје мање важан.

Број честица укупног ниског нивоа квази-тростепеног медијума за појачавање је смањен, тако да је смањена гранична пумпна снага и побољшана енергетска ефикасност. На пример, Иб:ИАГ, који производи светлост на 1030нм, може се посматрати као систем квази три нивоа на собној температури, али систем на четири нивоа на 77К. Ер: Исто важи и за ИАГ.

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

У комбинацији са горе наведеним факторима, рад на ниским температурама може значајно побољшати перформансе ласера. Конкретно, ласери за хлађење на ниским температурама могу добити веома велику излазну снагу без термичких ефеката, односно може се добити добар квалитет зрака.

Једно питање које треба узети у обзир је да ће у криохлађеном ласерском кристалу пропусни опсег зраченог и апсорбованог светла бити смањен, тако да ће опсег подешавања таласне дужине бити ужи, а ширина линије и стабилност таласне дужине пумпаног ласера ​​ће бити строжи. . Међутим, овај ефекат је обично реткост.

Криогено хлађење обично користи расхладну течност, као што је течни азот или течни хелијум, а идеално је да расхладно средство циркулише кроз цев причвршћену за ласерски кристал. Расхладна течност се допуњује на време или рециклира у затвореној петљи. Да би се избегло очвршћавање, обично је неопходно поставити ласерски кристал у вакуумску комору.

Концепт ласерских кристала који раде на ниским температурама такође се може применити на појачала. Титан сафир се може користити за прављење појачала позитивне повратне спреге, просечне излазне снаге у десетинама вати.

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