Co je kryogenní laser

Koncept laserů pracujících při nízkých teplotách není nový: druhý laser v historii byl kryogenní. Zpočátku bylo tento koncept obtížné dosáhnout provozu teploty místnosti a nadšení pro práci s nízkou teplotou začalo v 90. letech vývojem vysoce výkonných laserů a zesilovačů.

Ve vysoké síleLaserové zdroje, tepelné účinky, jako je depolarizační ztráta, tepelné čočky nebo ohýbání laserového krystalu, mohou ovlivnit výkonsvětelný zdroj. Prostřednictvím chlazení nízké teploty lze účinně potlačit mnoho škodlivých tepelných efektů, tj. Ziskové médium je třeba ochladit na 77k nebo dokonce 4K. Chladicí účinek zahrnuje hlavně:

Charakteristická vodivost mediálního média je velmi inhibována, hlavně proto, že se zvyšuje průměrná volná cesta lana. Výsledkem je, že teplotní gradient dramaticky klesá. Například, když je teplota snížena z 300 K na 77K, tepelná vodivost krystalu YAG se zvyšuje o faktor sedmi.

Koeficient tepelné difúze také prudce klesá. To společně se snížením teplotního gradientu vede ke sníženému účinku tepelného čočky, a proto ke snížené pravděpodobnosti prasknutí stresu.

Termooptický koeficient je také snížen, což dále snižuje účinek tepelné čočky.

Zvýšení absorpčního průřezu iontu vzácných zemin je způsobeno hlavně snížením rozšíření způsobeného tepelným účinkem. Proto je snížena saturační síla a zvyšuje se laserový zisk. Proto je snížena napájení prahové čerpadla a při operaci spínače Q lze získat kratší impulsy. Zvýšením propustnosti výstupního vazebního měřítka lze zlepšit účinnost sklonu, takže účinek ztráty parazitické dutiny se stává méně důležitým.

Počet částic celkové nízké úrovně kvazi-tříko-úrokového zisku je snížen, takže prahová čerpací síla je snížena a energetická účinnost se zlepšuje. Například YB: YAG, který produkuje světlo při 1030 nm, lze považovat za systém na úrovni tří a tříúrovňových systémů při pokojové teplotě, ale čtyřúrovňový systém při 77 kk. ER: Totéž platí pro YAG.

V závislosti na mediálním médiu bude snížena intenzita některých procesů zhášení.

V kombinaci s výše uvedenými faktory může provoz nízké teploty výrazně zlepšit výkon laseru. Zejména lasery chlazení nízké teploty mohou získat velmi vysoký výstupní výkon bez tepelných účinků, tj. Dobrou kvalitu paprsku lze získat.

Jedním z problémů, které je třeba zvážit, je to, že v kryocoolovaném laserovém krystalu bude snížena šířka pásma vyzařovaného světla a absorbovaného světla, takže rozsah ladění vlnové délky bude užší a šířka linie a vlnová délka čerpaného laseru bude přísnější. Tento účinek je však obvykle vzácný.

Kryogenní chlazení obvykle používá chladicí kapalinu, jako je kapalný dusík nebo kapalný helium, a v ideálním případě se chladivo cirkuluje trubicí připojenou k laserovému krystalu. Chladicí kapalina je doplněna v čase nebo recyklována v uzavřené smyčce. Aby se zabránilo tuhnutí, je obvykle nutné umístit laserový krystal do vakuové komory.

Koncept laserových krystalů pracujících při nízkých teplotách lze také použít na zesilovače. Titanium safír lze použít k vytvoření pozitivního zesilovače zpětné vazby, průměrného výstupního výkonu v desítkách wattů.

Přestože se kryogenní chladicí zařízení mohou komplikovatLaserové systémy, běžnější chladicí systémy jsou často méně jednoduché a účinnost kryogenního chlazení umožňuje určité snížení složitosti.