Wat is in kryogenyske laser

It konsept fan lasers dy't wurkje by lege temperatueren is net nij: de twadde laser yn 'e skiednis wie kryogenysk. Yn earste ynstânsje wie it konsept lestich te berikken keamertemperatuer operaasje, en it entûsjasme foar lege-temperatuer wurk begûn yn de jierren 1990 mei de ûntwikkeling fan hege-power lasers en fersterkers.

Yn hege krêftlaser boarnen, thermyske effekten lykas ferlies fan depolarisaasje, thermyske lens of laserkristalbûging kinne ynfloed hawwe op de prestaasjes fan 'eljocht boarne. Troch koeling mei lege temperatuer kinne in protte skealike thermyske effekten effektyf ûnderdrukt wurde, dat is, it winstmedium moat wurde kuolle oant 77K of sels 4K. It koelende effekt omfettet benammen:

De karakteristike conductivity fan de winst medium wurdt sterk inhibited, benammen omdat de gemiddelde frije paad fan it tou wurdt ferhege. As gefolch, de temperatuer gradient sakket dramatysk. Bygelyks, as de temperatuer wurdt ferlege fan 300K nei 77K, ferheget de termyske konduktiviteit fan it YAG-kristal mei in faktor fan sân.

De termyske diffusionskoëffisjint nimt ek sterk ôf. Dit, tegearre mei in fermindering fan 'e temperatuergradient, resultearret yn in fermindere thermyske lensingseffekt en dus in fermindere kâns op stressbreuk.

De thermo-optyske koëffisjint wurdt ek fermindere, wat it effekt fan de termyske lens fierder ferminderet.

De tanimming fan absorption trochsneed fan seldsume ierde ion is benammen te tankjen oan de ôfname fan ferbreding feroarsake troch termyske effekt. Dêrom wurdt de sêdingskrêft fermindere en wurdt de laserwinst ferhege. Dêrom, de drompel pomp macht wurdt fermindere, en koartere pulses kinne wurde krigen as de Q switch wurket. Troch it fergrutsjen fan de oerdracht fan 'e útfierkopper kin de effisjinsje fan' e helling wurde ferbettere, sadat it effekt fan ferlies fan 'e parasitêre holte minder wichtich wurdt.

It dieltsje oantal fan it totale lege nivo fan de kwasy-trije-nivo winst medium wurdt fermindere, sadat de drompel pompen macht wurdt fermindere en de macht effisjinsje wurdt ferbettere. Bygelyks, Yb: YAG, dat produsearret ljocht by 1030nm, kin sjoen wurde as in kwasy-trije-nivo systeem by keamertemperatuer, mar in fjouwer-nivo systeem op 77K. Er: Itselde jildt foar YAG.

Ôfhinklik fan de winst medium, de yntinsiteit fan guon quenching prosessen wurdt fermindere.

Yn kombinaasje mei de boppesteande faktoaren kin operaasje mei lege temperatuer de prestaasjes fan 'e laser sterk ferbetterje. Benammen koelinglasers mei lege temperatuer kinne heul hege útfierkrêft krije sûnder thermyske effekten, dat is, goede beamkwaliteit kin wurde krigen.

Ien probleem om te beskôgjen is dat yn in kryokoeld laserkristal de bânbreedte fan it útstriele ljocht en it absorbearre ljocht wurde fermindere, sadat it ôfstimmingberik foar golflingte smeller sil wêze, en de linebreedte en golflingte-stabiliteit fan 'e pompte laser stranger sil wêze . Lykwols, dit effekt is meastal seldsum.

Kryogene koeling brûkt normaal in koelmiddel, lykas floeibere stikstof of floeibere helium, en ideaal sirkulearret it koelmiddel troch in buis ferbûn oan in laserkristal. Coolant wurdt op 'e tiid oanfolle of recycled yn in sletten lus. Om fersteviging te foarkommen, is it normaal nedich om it laserkristal yn in fakuümkeamer te pleatsen.

It konsept fan laserkristallen dy't wurkje by lege temperatueren kin ek tapast wurde op fersterkers. Titanium saffier kin brûkt wurde om positive feedback-fersterker te meitsjen, de gemiddelde útfierkrêft yn tsientallen watt.

Hoewol cryogene koelapparaten kinne komplisearjelaser systemen, mear gewoane koelsystemen binne faak minder ienfâldich, en de effisjinsje fan kryogene koeling soarget foar wat fermindering fan kompleksiteit.