Криогенді лазер дегеніміз не

Төмен температурада жұмыс істейтін лазерлердің тұжырымдамасы жаңа емес: тарихтағы екінші лазер криогенді болды. Бастапқыда концепция бөлме температурасында жұмыс істеуге қол жеткізу қиын болды, ал төмен температурада жұмыс істеуге деген ынта 1990 жылдары жоғары қуатты лазерлер мен күшейткіштердің дамуымен басталды.

Жоғары қуатталазер көздері, деполяризацияның жоғалуы, термиялық линза немесе лазерлік кристалды иілу сияқты термиялық әсерлер құрылғының өнімділігіне әсер етуі мүмкін.жарық көзі. Төмен температурада салқындату арқылы көптеген зиянды термиялық әсерлерді тиімді түрде жоюға болады, яғни күшейту ортасын 77К немесе тіпті 4К дейін салқындату керек. Салқындату әсері негізінен мыналарды қамтиды:

Күшейту ортасының сипаттамалық өткізгіштігі, негізінен, арқанның орташа бос жолы жоғарылағандықтан, айтарлықтай тежеледі. Нәтижесінде температура градиенті күрт төмендейді. Мысалы, температураны 300К-ден 77К-ге дейін төмендеткен кезде YAG кристалының жылу өткізгіштігі жеті есе артады.

Жылулық диффузия коэффициенті де күрт төмендейді. Бұл температура градиентінің төмендеуімен бірге термиялық линза әсерінің төмендеуіне әкеледі, демек, кернеудің үзілу ықтималдығы азаяды.

Термооптикалық коэффициент те төмендеп, жылу линзасының әсерін одан әрі азайтады.

Сирек жер ионының жұтылу қимасының жоғарылауы негізінен термиялық әсерден туындаған кеңеюінің төмендеуіне байланысты. Демек, қанықтыру қуаты төмендейді және лазердің күшейтуі артады. Сондықтан сорғының шекті қуаты азаяды, ал Q қосқышы жұмыс істеп тұрғанда қысқа импульстарды алуға болады. Шығу қосқышының өткізгіштігін арттыру арқылы көлбеу тиімділігін арттыруға болады, сондықтан паразиттік қуысты жоғалту әсері азырақ маңызды болады.

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

Күшейту ортасына байланысты кейбір сөндіру процестерінің қарқындылығы төмендейді.

Жоғарыда аталған факторлармен үйлескенде, төмен температурада жұмыс лазердің жұмысын айтарлықтай жақсартады. Атап айтқанда, төмен температуралы салқындатқыш лазерлер термиялық әсерлерсіз өте жоғары шығыс қуатын ала алады, яғни жақсы сәуле сапасын алуға болады.

Бір ескеретін мәселе, криосалқындатылған лазерлік кристалда сәулеленетін жарық пен жұтылатын жарықтың өткізу қабілеттілігі 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 және ең дұрысы салқындатқыш лазерлік кристалға бекітілген түтік арқылы айналады. Салқындатқыш сұйықтық уақытында толтырылады немесе жабық циклде қайта өңделеді. Қатаюды болдырмау үшін әдетте лазерлік кристалды вакуумдық камераға орналастыру қажет.

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

Криогенді салқындату құрылғылары қиындауы мүмкінлазерлік жүйелер, көп таралған салқындату жүйелері жиі қарапайым емес және криогенді салқындату тиімділігі күрделілікті біршама азайтуға мүмкіндік береді.