Криогенді лазер дегеніміз не

Лазерлердің төмен температурада жұмыс істеу тұжырымдамасы жаңалық емес: тарихтағы екінші лазер криогенді болды. Бастапқыда бұл тұжырымдаманы бөлме температурасында жұмыс істеуге қол жеткізу қиын болды, ал төмен температурада жұмыс істеуге деген құштарлық 1990 жылдары жоғары қуатты лазерлер мен күшейткіштерді жасаумен басталды.

Жоғары қуатталазер көздерідеполяризацияның жоғалуы, термиялық линза немесе лазерлік кристалдың иілуі сияқты термиялық әсерлер оның жұмысына әсер етуі мүмкін.жарық көзіТөмен температурада салқындату арқылы көптеген зиянды термиялық әсерлерді тиімді түрде басуға болады, яғни күшейту ортасын 77K немесе тіпті 4K дейін салқындату қажет. Салқындату әсері негізінен мыналарды қамтиды:

Күшейту ортасының сипаттамалық өткізгіштігі айтарлықтай тежеледі, негізінен арқанның орташа еркін жолының артуына байланысты. Нәтижесінде температура градиенті күрт төмендейді. Мысалы, температура 300 К-ден 77 К-ге дейін төмендегенде, YAG кристалының жылу өткізгіштігі жеті есе артады.

Жылулық диффузия коэффициенті де күрт төмендейді. Бұл температура градиентінің төмендеуімен бірге жылулық линзалау әсерінің төмендеуіне және демек, кернеудің үзілу ықтималдығының төмендеуіне әкеледі.

Термооптикалық коэффициент те төмендейді, бұл термиялық линза әсерін одан әрі азайтады.

Сирек кездесетін жер ионының абсорбциялық көлденең қимасының артуы негізінен термиялық әсерден туындаған кеңеюдің азаюына байланысты. Сондықтан қанығу қуаты азаяды және лазерлік күшейту артады. Сондықтан шекті сорғының қуаты азаяды және Q қосқышы жұмыс істеп тұрған кезде қысқа импульстар алынуы мүмкін. Шығыс муфтасының өткізгіштігін арттыру арқылы көлбеу тиімділігін жақсартуға болады, сондықтан паразиттік қуыстың жоғалу әсері онша маңызды болмайды.

Квази-үш деңгейлі күшейту ортасының жалпы төменгі деңгейінің бөлшектер саны азаяды, сондықтан шекті айдау қуаты азаяды және қуат тиімділігі артады. Мысалы, 1030 нм жарық шығаратын Yb:YAG бөлме температурасында квази-үш деңгейлі жүйе ретінде, ал 77 К температурада төрт деңгейлі жүйе ретінде қарастырылуы мүмкін. Er: YAG үшін де дәл солай.

Күшейту ортасына байланысты кейбір сөндіру процестерінің қарқындылығы төмендейді.

Жоғарыда аталған факторлармен бірге төмен температурада жұмыс істеу лазердің жұмысын айтарлықтай жақсарта алады. Атап айтқанда, төмен температуралы салқындататын лазерлер жылулық әсерлерсіз өте жоғары шығыс қуатын ала алады, яғни жақсы сәуле сапасын алуға болады.

Ескеретін бір мәселе, криокалпына келтірілген лазерлік кристалда сәулеленетін және жұтылған жарықтың өткізу жолағы азаяды, сондықтан толқын ұзындығын реттеу диапазоны тар болады, ал айдалатын лазердің сызық ені мен толқын ұзындығының тұрақтылығы қатаңырақ болады. Дегенмен, бұл әсер әдетте сирек кездеседі.

Криогенді салқындату әдетте сұйық азот немесе сұйық гелий сияқты салқындатқышты пайдаланады, ал ең дұрысы, салқындатқыш лазерлік кристалға бекітілген түтік арқылы айналады. Салқындатқыш уақыт өте келе толтырылады немесе тұйықталған циклде қайта өңделеді. Қатып қалмас үшін, әдетте лазерлік кристалды вакуумдық камераға салу қажет.

Төмен температурада жұмыс істейтін лазерлік кристалдар тұжырымдамасын күшейткіштерге де қолдануға болады. Титан сапфирін оң кері байланыс күшейткішін жасау үшін пайдалануға болады, орташа шығыс қуаты ондаған ватт.

Криогенді салқындату құрылғылары қиындатуы мүмкін болса далазерлік жүйелер, кең таралған салқындату жүйелері көбінесе онша қарапайым емес, ал криогенді салқындатудың тиімділігі күрделілікті біршама азайтуға мүмкіндік береді.