Çfarë është një lazer kriogjenik

Koncepti i lazerëve që veprojnë 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 amplifikuesve me fuqi të lartë.

Me fuqi të lartëburime lazer, efektet termike siç janë humbja e depolarizimit, lentet termike ose lakimi i kristalit lazer mund të ndikojnë në performancën eburim i dritës. Përmes ftohjes së temperaturës së ulët, shumë efekte termike të dëmshme mund të shtypen në mënyrë efektive, domethënë, mediumi i fitimit duhet të ftohet në 77K ose edhe 4K. Efekti i ftohjes kryesisht përfshin:

Përçueshmëria karakteristike e mediumit të fitimit pengohet shumë, kryesisht sepse 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 ulje të gradientit të temperaturës, rezulton në një efekt të zvogëluar të lensimit termik dhe për këtë arsye një mundësi e zvogëluar e këputjes së stresit.

Koeficienti termo-optik është gjithashtu i zvogëluar, duke zvogëluar më tej efektin e lenteve termike.

Rritja e seksionit kryq të thithjes së jonit të rrallë të tokës është kryesisht për shkak të uljes së zgjerimit të shkaktuar nga efekti termik. Prandaj, fuqia e ngopjes zvogëlohet dhe fitimi me lazer është rritur. Prandaj, fuqia e pompës së pragut është zvogëluar, dhe pulset më të shkurtra mund të merren kur funksionon ndërprerësi Q. Duke rritur transmetimin e bashkimit të daljes, efikasiteti i pjerrësisë mund të përmirësohet, kështu që efekti parazitar i humbjes së zgavrës bëhet më pak i rëndësishëm.

Numri i grimcave të nivelit total të ulët të mediumit të fitimit kuazi-tre të nivelit është zvogëluar, kështu që fuqia e pompimit të pragut zvogëlohet dhe efikasiteti i energjisë është përmirësuar. Për shembull, YB: YAG, e cila prodhon dritë në 1030nm, mund të shihet si një sistem kuazi-tre i nivelit në temperaturën e dhomës, por një sistem me katër nivele në 77K. ER: E njëjta gjë është e vërtetë për YAG.

Në varësi të mediumit të fitimit, intensiteti i disa proceseve të shuarjes do të zvogëlohet.

Kombinuar me faktorët e mësipërm, funksionimi i temperaturës së ulët mund të përmirësojë shumë performancën e lazerit. Në veçanti, lazerët e ftohjes së temperaturës së ulët mund të marrin fuqi prodhimi shumë të lartë pa efekte termike, domethënë, mund të merret cilësi e mirë e rrezes.

Një çështje që duhet të merret në konsideratë është se në një kristal lazer të kritikuar, gjerësia e brezit të dritës së rrezatuar dhe drita e përthithur do të zvogëlohet, kështu që diapazoni i akordimit të gjatësisë së valës do të jetë më e ngushtë, dhe gjerësia e linjës dhe qëndrueshmëria e gjatësisë së valës së lazerit të pompuar do të jenë më të rrepta. Sidoqoftë, ky efekt është zakonisht i rrallë.

Ftohja kriogjenike zakonisht përdor një ftohës, siç është azoti i lëngshëm ose heliumi i lëngshëm, dhe në mënyrë ideale ftohësi qarkullon përmes një tubi të bashkangjitur në një kristal lazer. Ftohësi plotësohet në kohë ose riciklohet në një lak të mbyllur. Për të shmangur ngurtësimin, zakonisht është e nevojshme të vendosni kristalin lazer në një dhomë vakumi.

Koncepti i kristaleve lazer që veprojnë në temperatura të ulëta mund të aplikohet edhe për amplifikatorët. Titanium Sapphire mund të përdoret për të bërë amplifikatorin e reagimeve pozitive, fuqia mesatare e daljes në dhjetëra vat.

Megjithëse pajisjet e ftohjes kriogjenike mund të komplikojnësistem lazer, sistemet më të zakonshme të ftohjes janë shpesh më pak të thjeshta, dhe efikasiteti i ftohjes kriogjene lejon një ulje të kompleksitetit.