Çfarë është një lazer kriogjenik

Koncepti i lazerëve që funksionojnë në temperatura të ulëta nuk është i ri: lazeri i dytë në histori ishte kriogjenik. Fillimisht, koncepti ishte i vështirë për të arritur funksionimin e temperaturës së dhomës, dhe entuziazmi për punën me temperaturë të ulët filloi në vitet 1990 me zhvillimin e lazerëve dhe amplifikatorëve me fuqi të lartë.

Në fuqi të lartëburimet lazer, efektet termike të tilla si humbja e depolarizimit, lente termike ose përkulja e kristalit me lazer mund të ndikojnë në performancën eburim drite. Nëpërmjet ftohjes me temperaturë të ulët, shumë efekte të dëmshme termike mund të shtypen në mënyrë efektive, domethënë, mediumi i fitimit duhet të ftohet në 77K ose edhe 4K. Efekti ftohës përfshin kryesisht:

Përçueshmëria karakteristike e mediumit të fitimit është shumë e frenuar, kryesisht për shkak se rruga mesatare e lirë e litarit është rritur. Si rezultat, gradienti i temperaturës bie në mënyrë dramatike. Për shembull, kur temperatura ulet nga 300K në 77K, përçueshmëria termike e kristalit YAG rritet me një faktor prej shtatë.

Koeficienti i difuzionit termik gjithashtu zvogëlohet ndjeshëm. Kjo, së bashku me një reduktim të gradientit të temperaturës, rezulton në një efekt të reduktuar të lenteve termike dhe për rrjedhojë një gjasë të reduktuar të këputjes së stresit.

Koeficienti termo-optik gjithashtu zvogëlohet, duke ulur më tej efektin e lenteve termike.

Rritja e seksionit kryq të përthithjes së jonit të tokës së rrallë është kryesisht për shkak të uljes së zgjerimit të shkaktuar nga efekti termik. Prandaj, fuqia e ngopjes zvogëlohet dhe fitimi i lazerit rritet. Prandaj, fuqia e pompës së pragut zvogëlohet dhe mund të merren impulse më të shkurtra kur çelësi Q është në funksion. Duke rritur transmetencën e bashkuesit të daljes, efikasiteti i pjerrësisë mund të përmirësohet, kështu që efekti i humbjes së zgavrës parazitare bëhet më pak i rëndësishëm.

Numri i grimcave të nivelit total të ulët të mediumit të fitimit pothuajse me tre nivele zvogëlohet, kështu që fuqia e pompimit të pragut zvogëlohet dhe efikasiteti i energjisë përmirësohet. Për shembull, Yb:YAG, i cili prodhon dritë në 1030 nm, mund të shihet si një sistem pothuajse me tre nivele në temperaturën e dhomës, por një sistem me katër nivele në 77 K. Er: E njëjta gjë vlen edhe për YAG.

Në varësi të mjedisit të fitimit, intensiteti i disa proceseve të shuarjes do të reduktohet.

Kombinuar me faktorët e mësipërm, funksionimi në temperaturë të ulët mund të përmirësojë shumë performancën e lazerit. Në veçanti, lazerët ftohës me temperaturë të ulët mund të marrin fuqi dalëse shumë të lartë pa efekte termike, domethënë mund të arrihet cilësi e mirë e rrezes.

Një çështje për t'u marrë parasysh është se në një kristal lazeri të kriokoftohur, gjerësia e brezit të dritës së rrezatuar dhe dritës së absorbuar do të reduktohet, kështu që diapazoni i akordimit të gjatësisë së valës do të jetë më i ngushtë dhe gjerësia e linjës dhe qëndrueshmëria e gjatësisë së valës së lazerit të pompuar do të jenë më të rrepta. . Megjithatë, ky efekt është zakonisht i rrallë.

Ftohja kriogjenike zakonisht përdor një ftohës, të tillë si azoti i lëngshëm ose helium i lëngshëm, dhe në mënyrë ideale, ftohësi qarkullon përmes një tubi të lidhur me një kristal lazer. Ftohësi rimbushet në kohë ose riciklohet në një lak të mbyllur. Për të shmangur ngurtësimin, zakonisht është e nevojshme të vendosni kristalin e lazerit në një dhomë vakum.

Koncepti i kristaleve lazer që veprojnë në temperatura të ulëta mund të zbatohet edhe për amplifikatorët. Safiri i titanit mund të përdoret për të bërë përforcues reagimesh pozitive, fuqia mesatare e daljes në dhjetëra vat.

Megjithëse pajisjet ftohëse kriogjenike mund të komplikohensistemet lazer, sistemet më të zakonshme të ftohjes janë shpesh më pak të thjeshta, dhe efikasiteti i ftohjes kriogjenike lejon pakësimin e kompleksitetit.