Какво е криогенен лазер

Концепцията за лазери, работещи при ниски температури, не е нова: вторият лазер в историята беше криогенен. Първоначално концепцията беше трудна за постигане на работа със стайна температура и ентусиазмът за работа с ниска температура започва през 90-те години на миналия век с развитието на лазери и усилватели с висока мощност.

С висока мощностЛазерни източници, топлинни ефекти като загуба на деполяризация, термична леща или лазерно кристално огъване могат да повлияят на работата наИзточник на светлина. Чрез ниско температурно охлаждане много вредни топлинни ефекти могат да бъдат ефективно потиснати, тоест усилващата среда трябва да се охлади до 77k или дори 4K. Охлаждащият ефект включва главно:

Характерната проводимост на усилващата среда е значително инхибирана, главно защото средният свободен път на въжето се увеличава. В резултат на това температурният градиент спада драстично. Например, когато температурата се понижи от 300k до 77K, топлинната проводимост на кристала YAG се увеличава с коефициент седем.

Коефициентът на термична дифузия също намалява рязко. Това, заедно с намаляване на температурния градиент, води до намален ефект на термичен леща и следователно намалена вероятност от разкъсване на напрежението.

Термо-оптичният коефициент също се намалява, като допълнително намалява ефекта на топлинната леща.

Увеличаването на напречното сечение на абсорбцията на рядкоземен йон се дължи главно на намаляването на разширяването, причинено от топлинния ефект. Следователно мощността на насищане се намалява и лазерното усилване се увеличава. Следователно, праговата мощност на помпата се намалява и по -късите импулси могат да се получат, когато Q превключвателят работи. Чрез увеличаване на предаването на изходния разклонител, ефективността на наклона може да бъде подобрена, така че ефектът на загуба на паразитна кухина става по -малко важен.

Броят на частиците на общото ниско ниво на среда за усилване на квази-три ниво е намален, така че праговата помпена мощност се намалява и ефективността на мощността се подобрява. Например, YB: YAG, който произвежда светлина при 1030 nm, може да се разглежда като квази-три ниво система при стайна температура, но система на четири нива на 77K. ER: Същото важи и за YAG.

В зависимост от средата за усилване, интензивността на някои процеси на гасене ще бъде намалена.

В комбинация с горните фактори, работата с ниска температура може значително да подобри работата на лазера. По -специално, лазерите за охлаждане с ниска температура могат да получат много висока мощност на изхода без термични ефекти, тоест може да се получи добро качество на лъча.

Един от проблемите, който трябва да се вземе предвид, е, че при кристал с криоохраняващ лазерен кристал честотната лента на излъчената светлина и абсорбираната светлина ще бъде намалена, така че диапазонът на настройка на дължината на вълната ще бъде по -тесен, а ширината на линията и стабилността на дължината на вълната на изпомпения лазер ще бъде по -строг. Този ефект обаче обикновено е рядък.

Криогенното охлаждане обикновено използва охлаждаща течност, като течен азот или течен хелий, а в идеалния случай хладилният агент циркулира през епруветка, прикрепена към лазерен кристал. Охлаждащата течност се попълва навреме или се рециклира в затворен контур. За да се избегне втвърдяването, обикновено е необходимо да се постави лазерният кристал във вакуумна камера.

Концепцията за лазерни кристали, работещи при ниски температури, може да се приложи и за усилватели. Титановият сапфир може да се използва за извършване на положителен усилвател за обратна връзка, средната изходна мощност в десетки вата.

Въпреки че криогенните устройства за охлаждане могат да усложнятЛазерни системи, по -често срещаните системи за охлаждане често са по -малко прости и ефективността на криогенното охлаждане позволява известно намаляване на сложността.