Hvad er en kryogen laser

Begrebet lasere, der opererer ved lave temperaturer, er ikke nyt: den anden laser i historien var kryogen. Oprindeligt var konceptet vanskeligt at opnå stuetemperaturdrift, og entusiasmen for arbejde med lav temperatur begyndte i 1990'erne med udviklingen af ​​højeffektlasere og forstærkere.

I høj effektlaserkilder, termiske effekter såsom depolariseringstab, termisk linse eller laserkrystallbøjning kan påvirke ydeevnen forlyskilde. Gennem lavtemperaturkøling kan mange skadelige termiske virkninger effektivt undertrykkes, det vil sige, at forstærkningsmediet skal afkøles til 77K eller endda 4K. Køleeffekten inkluderer hovedsageligt:

Gain -mediets karakteristiske ledningsevne hæmmes meget, hovedsageligt fordi rebets gennemsnitlige fri sti øges. Som et resultat falder temperaturgradienten dramatisk. For eksempel, når temperaturen sænkes fra 300K til 77K, øges den termiske ledningsevne af YAG -krystalen med en faktor på syv.

Den termiske diffusionskoefficient falder også kraftigt. Dette sammen med en reduktion i temperaturgradienten resulterer i en reduceret termisk linseffekt og derfor en reduceret sandsynlighed for stressbrud.

Den termo-optiske koefficient reduceres også, hvilket yderligere reducerer den termiske linseffekt.

Stigningen i absorptionstværsnit af sjælden jord ion skyldes hovedsageligt faldet i udvidelse forårsaget af termisk virkning. Derfor reduceres mætningseffekten, og laserforstærkningen øges. Derfor reduceres tærskelpumpekraften, og kortere pulser kan opnås, når Q -kontakten fungerer. Ved at øge transmissionen af ​​outputkoblingen kan hældningseffektiviteten forbedres, så det parasitiske hulrumstabseffekt bliver mindre vigtig.

Partikelnummeret for det samlede lave niveau af det kvasi-tre-niveau forstærkemedium reduceres, så tærskelpumpekraften reduceres, og effekten forbedres. For eksempel kan YB: YAG, der producerer lys ved 1030nm, ses som et kvasi-tre-niveau system ved stuetemperatur, men et fire-niveau system på 77K. ER: Det samme gælder for YAG.

Afhængig af forstærkningsmediet reduceres intensiteten af ​​nogle slukningsprocesser.

Kombineret med ovennævnte faktorer kan drift af lav temperatur i høj grad forbedre laserens ydelse. Især kan lavtemperaturkølingslasere opnå meget høj udgangseffekt uden termiske effekter, det vil sige, at god strålekvalitet kan opnås.

Et problem at overveje er, at i en kryokolet laserkrystall, vil båndbredden af ​​det udstrålede lys og det absorberede lys reduceres, så bølgelængdeindstillingsområdet vil være smalere, og linjebredden og bølgelængde -stabiliteten af ​​den pumpede laser vil være strengere. Imidlertid er denne effekt normalt sjælden.

Kryogen afkøling bruger normalt et kølemiddel, såsom flydende nitrogen eller flydende helium, og ideelt set cirkulerer kølemediet gennem et rør fastgjort til en laserkrystall. Kølevæske genopfyldes i tiden eller genanvendes i en lukket sløjfe. For at undgå størkning er det normalt nødvendigt at placere laserkrystallen i et vakuumkammer.

Begrebet laserkrystaller, der opererer ved lave temperaturer, kan også påføres forstærkere. Titanium -safir kan bruges til at gøre positiv feedbackforstærker, den gennemsnitlige udgangseffekt i titusinder af watt.

Selvom kryogene køleanordninger kan komplicereLasersystemer, mere almindelige kølesystemer er ofte mindre enkle, og effektiviteten af ​​kryogen afkøling giver mulighed for en vis reduktion i kompleksiteten.