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 t'u arritur të funksiononte në temperaturë ambienti, dhe entuziazmi për punën në temperaturë të ulët filloi në vitet 1990 me zhvillimin e lazerëve dhe amplifikatorëve me fuqi të lartë.

Në fuqi të lartëburime lazeri, efektet termike si humbja e depolarizimit, përkulja e lentes termike ose kristalit të lazerit mund të ndikojnë në performancën eburim driteNëpërmjet ftohjes në temperaturë të ulët, shumë efekte të dëmshme termike mund të shtypen në mënyrë efektive, domethënë, mediumi i përforcimit duhet të ftohet në 77K ose edhe 4K. Efekti i ftohjes përfshin kryesisht:

Përçueshmëria karakteristike e mjedisit të fitimit pengohet shumë, kryesisht sepse rruga mesatare e lirë e litarit rritet. Si rezultat, gradienti i temperaturës bie ndjeshëm. Për shembull, kur temperatura ulet nga 300K në 77K, përçueshmëria termike e kristalit YAG rritet me një faktor shtatë.

Koeficienti i difuzionit termik gjithashtu ulet ndjeshëm. Kjo, së bashku me një ulje të gradientit të temperaturës, rezulton në një efekt të reduktuar të lentes termike dhe për këtë arsye një gjasë të reduktuar të këputjes së stresit.

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

Rritja e prerjes tërthore të absorbimit të jonit të rrallë të tokës është kryesisht për shkak të zvogëlimit të 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 funksionim. Duke rritur transmetimin 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 të ulët total të mjedisit me fitim kuazi-tre nivelesh zvogëlohet, kështu që fuqia e pompimit të pragut zvogëlohet dhe efikasiteti i energjisë përmirësohet. Për shembull, Yb:YAG, i cili prodhon dritë në 1030nm, mund të shihet si një sistem kuazi-tre nivelesh në temperaturën e dhomës, por një sistem me katër nivele në 77K. Er: E njëjta gjë vlen edhe për YAG-un.

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

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

Një çështje që duhet marrë në konsideratë është se në një kristal lazeri të krioftohur, 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 vijës 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, siç është azoti i lëngshëm ose heliumi i lëngshëm, dhe idealisht, ftohësi qarkullon përmes një tubi të lidhur me një kristal lazeri. Ftohësi rimbushet me kalimin e kohës ose riciklohet në një qark 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 zbatohet edhe te amplifikatorët. Safiri i titanit mund të përdoret për të bërë amplifikatorë me reagim pozitiv, fuqia mesatare e daljes është në dhjetëra vat.

Edhe pse pajisjet ftohëse kriogjenike mund të ndërlikojnësisteme lazeri, sistemet më të zakonshme të ftohjes janë shpesh më pak të thjeshta, dhe efikasiteti i ftohjes kriogjenike lejon njëfarë reduktimi të kompleksitetit.