Mi az a kriogén lézer

Az alacsony hőmérsékleten működő lézerek fogalma nem új: A történelem második lézere kriogén volt. Kezdetben a koncepció nehéz volt a szobahőmérsékleten való működést elérni, és az alacsony hőmérsékletű munka iránti lelkesedés az 1990-es években kezdődött a nagy teljesítményű lézerek és erősítők fejlesztésével.

Nagy teljesítményűlézerforrások, a hőhatások, például a depolarizációs veszteség, a termikus lencse vagy a lézerkristály hajlítás befolyásolhatják afényforrás- Az alacsony hőmérsékletű hűtés révén sok káros hőhatás hatékonyan elnyomható, vagyis a nyereségközeget 77K -ra vagy akár 4K -ra kell hűteni. A hűtési hatás elsősorban:

A nyereségközeg jellegzetes vezetőképességét nagymértékben gátolják, főleg azért, mert a kötél átlagos szabad útja növekszik. Ennek eredményeként a hőmérsékleti gradiens drámai módon csökken. Például, ha a hőmérsékletet 300K -ról 77K -ra csökkentik, a YAG -kristály termikus vezetőképessége hét tényezővel növekszik.

A termikus diffúziós együttható szintén hirtelen csökken. Ez a hőmérsékleti gradiens csökkentésével együtt csökkentett termikus lencsehatást és ennélfogva csökkent a stressz repedésének valószínűségét.

A termo-optikai együttható is csökken, tovább csökkentve a termikus lencse hatását.

A ritkaföldfémek abszorpciós keresztmetszetének növekedése elsősorban a termikus hatás által okozott kibővítés csökkenésének köszönhető. Ezért a telítettségi teljesítmény csökken, és a lézer nyeresége növekszik. Ezért a küszöbszivattyú teljesítménye csökken, és rövidebb impulzusok érhetők el, amikor a Q kapcsoló működik. A kimeneti csatlakozó transzmittanciájának növelésével a lejtő hatékonysága javítható, így a parazita üregvesztési hatás kevésbé fontos.

A kvázi-háromszintű erősítő tápközeg teljes alacsony szintjének részecskeszáma csökken, így a küszöbszivattyúzási teljesítmény csökken, és az energiahatékonyság javul. Például az YB: YAG, amely 1030 nm-en fényt termel, kvázi-három szintű rendszernek tekinthető szobahőmérsékleten, de négyszintes rendszer 77K-nál. ER: Ugyanez vonatkozik a YAG -ra.

A nyereségközegtől függően néhány oltási folyamat intenzitása csökken.

A fenti tényezőkkel kombinálva az alacsony hőmérsékletű működés jelentősen javíthatja a lézer teljesítményét. Különösen az alacsony hőmérsékletű hűtő lézerek nagyon nagy kimeneti teljesítményt kaphatnak hőhatások nélkül, azaz a jó sugárminőséget is lehet elérni.

Az egyik kérdés, amelyet figyelembe kell venni, hogy egy kriokoolált lézerkristályban a sugárzott fény sávszélessége és az abszorbeált fény csökken, így a hullámhossz hangolási tartománya szűkebb lesz, és a szivattyúzott lézer vonalszélessége és hullámhossz -stabilitása szigorúbb lesz. Ez a hatás azonban általában ritka.

A kriogén hűtés általában hűtőfolyadékot használ, például folyékony nitrogént vagy folyékony héliumot, és ideális esetben a hűtőközeg egy lézerkristályhoz rögzített csövön keresztül kering. A hűtőfolyadékot időben feltöltik, vagy zárt hurokban újrahasznosítják. A megszilárdulás elkerülése érdekében általában a lézerkristályt vákuumkamrába kell helyezni.

Az alacsony hőmérsékleten működő lézerkristályok fogalma alkalmazható az erősítőkre is. A titán -zafír felhasználható a pozitív visszacsatolás erősítőjének, az átlagos kimeneti teljesítménynek a több tíz wattban.

Bár a kriogén hűtőeszközök bonyolulhatnaklézerrendszerek, a leggyakoribb hűtési rendszerek gyakran kevésbé egyszerűek, és a kriogén hűtés hatékonysága lehetővé teszi a bonyolultság némi csökkentését.