Apa itu laser kriogenik

Konsep laser yang beroperasi pada suhu rendah bukanlah baru: laser kedua dalam sejarah adalah kriogenik. Pada mulanya, konsep ini sukar untuk mencapai operasi suhu bilik, dan semangat untuk kerja suhu rendah bermula pada tahun 1990-an dengan perkembangan laser dan penguat kuasa tinggi.

Dalam kuasa tinggiSumber laser, kesan haba seperti kehilangan depolarization, lensa termal atau lenturan kristal laser dapat mempengaruhi prestasisumber cahaya. Melalui penyejukan suhu yang rendah, banyak kesan terma yang berbahaya dapat ditindas dengan berkesan, iaitu, medium keuntungan perlu disejukkan kepada 77K atau bahkan 4K. Kesan penyejukan terutamanya termasuk:

Kekonduksian ciri medium keuntungan sangat dihalang, terutamanya kerana jalan bebas min tali meningkat. Akibatnya, kecerunan suhu jatuh secara dramatik. Sebagai contoh, apabila suhu diturunkan dari 300k ke 77K, kekonduksian terma kristal YAG meningkat dengan faktor tujuh.

Koefisien penyebaran terma juga berkurangan dengan ketara. Ini, bersama -sama dengan pengurangan kecerunan suhu, mengakibatkan kesan lensa haba yang dikurangkan dan oleh itu kemungkinan kemungkinan pecah tekanan.

Koefisien termo-optik juga dikurangkan, seterusnya mengurangkan kesan lensa termal.

Peningkatan seksyen penyerapan ion nadir bumi adalah disebabkan oleh penurunan peluasan yang disebabkan oleh kesan haba. Oleh itu, kuasa ketepuan dikurangkan dan keuntungan laser meningkat. Oleh itu, kuasa pam ambang dikurangkan, dan denyutan yang lebih pendek boleh diperolehi apabila suis Q beroperasi. Dengan meningkatkan transmisi output coupler, kecekapan cerun dapat ditingkatkan, jadi kesan kehilangan rongga parasit menjadi kurang penting.

Bilangan zarah dari jumlah tahap rendah medium keuntungan kuasi-tiga tahap dikurangkan, jadi kuasa pam ambang dikurangkan dan kecekapan kuasa diperbaiki. Sebagai contoh, YB: YAG, yang menghasilkan cahaya pada 1030nm, boleh dilihat sebagai sistem kuasi-tiga peringkat pada suhu bilik, tetapi sistem empat peringkat pada 77K. ER: Begitu juga dengan YAG.

Bergantung pada medium keuntungan, intensiti beberapa proses pelindapkejutan akan dikurangkan.

Digabungkan dengan faktor di atas, operasi suhu rendah dapat meningkatkan prestasi laser. Khususnya, laser penyejukan suhu rendah boleh mendapatkan kuasa output yang sangat tinggi tanpa kesan terma, iaitu, kualiti rasuk yang baik boleh diperolehi.

Satu isu yang perlu dipertimbangkan ialah dalam kristal laser cryocooled, jalur lebar cahaya yang dipancarkan dan cahaya yang diserap akan dikurangkan, jadi julat penalaan panjang gelombang akan lebih sempit, dan lebar garis dan kestabilan panjang gelombang laser yang dipam akan lebih ketat. Walau bagaimanapun, kesan ini biasanya jarang berlaku.

Penyejukan kriogenik biasanya menggunakan penyejuk, seperti nitrogen cecair atau helium cecair, dan idealnya penyejuk beredar melalui tiub yang dilekatkan pada kristal laser. Penyejuk diisi semula dalam masa atau dikitar semula dalam gelung tertutup. Untuk mengelakkan pemejalan, biasanya perlu meletakkan kristal laser dalam ruang vakum.

Konsep kristal laser yang beroperasi pada suhu rendah juga boleh digunakan untuk penguat. Titanium Sapphire boleh digunakan untuk membuat penguat maklum balas positif, kuasa output purata dalam puluhan watt.

Walaupun peranti penyejukan kriogenik dapat merumitkanSistem laser, sistem penyejukan yang lebih biasa sering kurang mudah, dan kecekapan penyejukan kriogenik membolehkan pengurangan kerumitan.