Hva er en kryogen laser

Konseptet med lasere som opererer ved lave temperaturer er ikke nytt: den andre laseren i historien var kryogen. Opprinnelig var konseptet vanskelig å oppnå romtemperaturoperasjon, og entusiasmen for arbeid med lav temperatur begynte på 1990-tallet med utviklingen av høyeffektlasere og forsterkere.

I høy kraftLaserkilder, termiske effekter som depolariseringstap, termisk objektiv eller laserkrystallbøyning kan påvirke ytelsen tillyskilde. Gjennom kjøling av lav temperatur kan mange skadelige termiske effekter effektivt undertrykes, det vil si at forsterkningsmediet må avkjøles til 77K eller til og med 4K. Kjøleeffekten inkluderer hovedsakelig:

Den karakteristiske konduktiviteten til forsterkningsmediet blir sterkt hemmet, hovedsakelig fordi den gjennomsnittlige frie banen til tauet økes. Som et resultat synker temperaturgradienten dramatisk. For eksempel, når temperaturen senkes fra 300K til 77K, øker den termiske konduktiviteten til YAG -krystallen med en faktor på syv.

Den termiske diffusjonskoeffisienten avtar også kraftig. Dette, sammen med en reduksjon i temperaturgradienten, resulterer i en redusert termisk linseeffekt og derfor en redusert sannsynlighet for stressbrudd.

Den termo-optiske koeffisienten reduseres også, noe som reduserer den termiske linseeffekten ytterligere.

Økningen av absorpsjonstverrsnitt av sjelden jordion skyldes hovedsakelig reduksjonen av utvidelse forårsaket av termisk effekt. Derfor reduseres metningseffekten og laserforsterkningen økes. Derfor reduseres terskelpumpekraften, og kortere pulser kan oppnås når Q -bryteren fungerer. Ved å øke overføringen av utgangskoblingen, kan hellingseffektiviteten forbedres, slik at den parasittiske hulromstapseffekten blir mindre viktig.

Partikkelnummeret til det totale lave nivået av det kvasi-tre-nivå forsterkningsmediet reduseres, så terskelpumpekraften reduseres og effekteffektiviteten forbedres. For eksempel kan YB: YAG, som produserer lys ved 1030nm, sees på som et kvasi-tre-nivå-system ved romtemperatur, men et system på fire nivåer på 77K. ER: Det samme er tilfelle for YAG.

Avhengig av forsterkningsmediet vil intensiteten til noen slukingsprosesser reduseres.

Kombinert med de ovennevnte faktorene, kan drift med lav temperatur i stor grad forbedre ytelsen til laseren. Spesielt kan kjølingslasere med lav temperatur oppnå meget høy utgangseffekt uten termiske effekter, det vil si at god strålekvalitet kan oppnås.

Et problem å vurdere er at i en kryokultet laserkrystall, vil båndbredden til det utstrålte lyset og det absorberte lyset bli redusert, så bølgelengdesnittområdet vil være smalere, og linjebredden og bølgelengdestabiliteten til den pumpet laseren vil være strengere. Imidlertid er denne effekten vanligvis sjelden.

Kryogen kjøling bruker vanligvis et kjølevæske, for eksempel flytende nitrogen eller flytende helium, og ideelt sett sirkulerer kjølemediet gjennom et rør festet til en laserkrystall. Kjølevæsken blir påfyllt i tid eller resirkulert i en lukket sløyfe. For å unngå størkning er det vanligvis nødvendig å plassere laserkrystallen i et vakuumkammer.

Konseptet med laserkrystaller som opererer ved lave temperaturer kan også brukes på forsterkere. Titanium safir kan brukes til å lage positive tilbakemeldingsforsterker, den gjennomsnittlige utgangseffekten i titalls watt.

Selv om kryogene kjøleanordninger kan komplisereLasersystemer, mer vanlige kjølesystemer er ofte mindre enkle, og effektiviteten av kryogen kjøling gir mulighet for en viss reduksjon i kompleksiteten.