Wat is 'n "kriogeniese laser"? Trouens, dit is 'nlaserwat lae temperatuur werking in die versterkingsmedium benodig.
Die konsep van lasers wat teen lae temperature werk, is nie nuut nie: die tweede laser in die geskiedenis was kriogeen. Aanvanklik was die konsep moeilik om kamertemperatuurwerking te bereik, en die entoesiasme vir laetemperatuurwerk het in die 1990's begin met die ontwikkeling van hoëkraglasers en versterkers.
In hoë kraglaserbronne, termiese effekte soos depolarisasieverlies, termiese lens- of laserkristalbuiging kan die werkverrigting van dieligbronDeur lae temperatuur verkoeling kan baie skadelike termiese effekte effektief onderdruk word, dit wil sê, die versterkingsmedium moet afgekoel word tot 77K of selfs 4K. Die verkoelingseffek sluit hoofsaaklik in:
Die kenmerkende geleidingsvermoë van die versterkingsmedium word grootliks belemmer, hoofsaaklik omdat die gemiddelde vrye pad van die tou vergroot word. Gevolglik daal die temperatuurgradiënt dramaties. Byvoorbeeld, wanneer die temperatuur van 300K na 77K verlaag word, neem die termiese geleidingsvermoë van die YAG-kristal met 'n faktor van sewe toe.
Die termiese diffusiekoëffisiënt neem ook skerp af. Dit, tesame met 'n vermindering in die temperatuurgradiënt, lei tot 'n verminderde termiese lenseffek en dus 'n verminderde waarskynlikheid van spanningsbreuk.
Die termo-optiese koëffisiënt word ook verminder, wat die termiese lenseffek verder verminder.
Die toename in die absorpsie-deursnee van seldsame aardioone is hoofsaaklik te wyte aan die afname in verbreding wat deur die termiese effek veroorsaak word. Daarom word die versadigingsvermoë verminder en die laserwins verhoog. Daarom word die drempelpompvermoë verminder, en korter pulse kan verkry word wanneer die Q-skakelaar in werking is. Deur die transmissie van die uitsetkoppelaar te verhoog, kan die hellingdoeltreffendheid verbeter word, sodat die effek van die parasitiese holteverlies minder belangrik word.
Die deeltjiegetal van die totale lae vlak van die kwasi-drievlak-winsmedium word verminder, dus word die drempelpompkrag verminder en die kragdoeltreffendheid verbeter. Byvoorbeeld, Yb:YAG, wat lig teen 1030 nm produseer, kan by kamertemperatuur as 'n kwasi-drievlak-stelsel gesien word, maar as 'n viervlak-stelsel teen 77K. Er: Dieselfde geld vir YAG.
Afhangende van die versterkingsmedium, sal die intensiteit van sommige blusprosesse verminder word.
Gekombineer met die bogenoemde faktore, kan lae temperatuur werking die werkverrigting van die laser aansienlik verbeter. In die besonder kan lae temperatuur verkoelingslasers baie hoë uitsetkrag verkry sonder termiese effekte, dit wil sê, goeie straalkwaliteit kan verkry word.
Een kwessie om te oorweeg is dat in 'n krioverkoelde laserkristal die bandwydte van die uitgestraalde lig en die geabsorbeerde lig verminder sal word, dus sal die golflengte-afstemmingsbereik nouer wees, en die lynwydte en golflengte-stabiliteit van die gepompte laser sal strenger wees. Hierdie effek is egter gewoonlik skaars.
Kriogeniese verkoeling gebruik gewoonlik 'n koelmiddel, soos vloeibare stikstof of vloeibare helium, en ideaal gesproke sirkuleer die koelmiddel deur 'n buis wat aan 'n laserkristal geheg is. Koelmiddel word mettertyd aangevul of in 'n geslote lus herwin. Om stolling te vermy, is dit gewoonlik nodig om die laserkristal in 'n vakuumkamer te plaas.
Die konsep van laserkristalle wat teen lae temperature werk, kan ook op versterkers toegepas word. Titaniumsaffier kan gebruik word om positiewe terugvoerversterkers te maak, met 'n gemiddelde uitsetvermoë in tiene watt.
Alhoewel kriogeniese verkoelingstoestelle dit kan kompliseerlaserstelsels, meer algemene verkoelingstelsels is dikwels minder eenvoudig, en die doeltreffendheid van kriogeniese verkoeling maak voorsiening vir 'n mate van vermindering in kompleksiteit.
Plasingstyd: 14 Julie 2023