Wat is in kryogene laser

It konsept fan lasers dy't wurkje by lege temperatueren is net nij: de twadde laser yn 'e skiednis wie kryogeen. Yn it earstoan wie it konsept lestich om op keamertemperatuer te wurkjen, en it entûsjasme foar wurk by lege temperatueren begûn yn 'e jierren '90 mei de ûntwikkeling fan lasers en fersterkers mei hege krêft.

Yn hege krêftlaserboarnen, termyske effekten lykas depolarisaasjeferlies, termyske lens- of laserkristalbûging kinne de prestaasjes fan 'eljochtboarneTroch koeling by lege temperatuer kinne in protte skealike termyske effekten effektyf ûnderdrukt wurde, dat wol sizze, it fersterkingsmedium moat ôfkuolle wurde nei 77K of sels 4K. It koeleffekt omfettet benammen:

De karakteristike geliedingsfermogen fan it fersterkingsmedium wurdt sterk beheind, benammen om't it gemiddelde frije paad fan it tou fergrutte wurdt. As gefolch dêrfan sakket de temperatuergradiïnt dramatysk. Bygelyks, as de temperatuer ferlege wurdt fan 300K nei 77K, nimt de termyske geliedingsfermogen fan it YAG-kristal mei in faktor sân ta.

De termyske diffúzjekoëffisjint nimt ek skerp ôf. Dit, tegearre mei in fermindering fan 'e temperatuergradiïnt, resultearret yn in fermindere termyske lenseffekt en dêrtroch in fermindere kâns op spanningsbreuk.

De termo-optyske koëffisjint wurdt ek fermindere, wêrtroch it termyske lenseffekt fierder ferminderet.

De tanimming fan 'e absorpsje-dwersdoorsnede fan seldsume ierde-ionen is benammen te tankjen oan 'e ôfname fan ferbreding feroarsake troch termysk effekt. Dêrtroch wurdt it sêdingsfermogen fermindere en de laserfersterking ferhege. Dêrtroch wurdt it drompelpompfermogen fermindere, en kinne koartere pulsen krigen wurde as de Q-skeakel yn wurking is. Troch de transmittânsje fan 'e útfierkoppelaar te fergrutsjen, kin de hellingseffisjinsje ferbettere wurde, sadat it effekt fan parasitêre holteferlies minder wichtich wurdt.

It oantal dieltsjes fan it totale lege nivo fan it kwasi-trije-nivo fersterkingsmedium wurdt fermindere, sadat it drompelpompfermogen wurdt fermindere en de enerzjy-effisjinsje wurdt ferbettere. Bygelyks, Yb:YAG, dat ljocht produseart by 1030nm, kin sjoen wurde as in kwasi-trije-nivo systeem by keamertemperatuer, mar in fjouwer-nivo systeem by 77K. Er: Itselde jildt foar YAG.

Ofhinklik fan it fersterkingsmedium sil de yntensiteit fan guon blusprosessen wurde fermindere.

Yn kombinaasje mei de boppesteande faktoaren kin operaasje by lege temperatuer de prestaasjes fan 'e laser sterk ferbetterje. Benammen lasers mei koeling by lege temperatuer kinne in heul hege útfierkrêft krije sûnder termyske effekten, dat wol sizze, in goede strielkwaliteit kin wurde krigen.

Ien probleem om te beskôgjen is dat yn in kryo-kuolle laserkristal de bânbreedte fan it útstrielde ljocht en it absorbearre ljocht fermindere wurdt, sadat it golflingte-ôfstimmingsberik smeller sil wêze, en de linebreedte en golflingtestabiliteit fan 'e pompte laser stranger sille wêze. Dit effekt is lykwols meastentiids seldsum.

Kryogene koeling brûkt meastentiids in koelmiddel, lykas floeibere stikstof of floeibere helium, en ideaal sirkulearret it koelmiddel troch in buis dy't oan in laserkristal fêstmakke is. Koelmiddel wurdt yn 'e rin fan' e tiid oanfolle of yn in sletten lus recycled. Om stolling te foarkommen, is it meastentiids 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. Titaniumsaffier kin brûkt wurde om positive feedbackfersterkers te meitsjen, mei in gemiddelde útfierkrêft yn tsientallen watt.

Hoewol kryogene koelapparaten komplisearje kinnelasersystemen, mear foarkommende koelsystemen binne faak minder ienfâldich, en de effisjinsje fan kryogene koeling makket in wat reduksje yn kompleksiteit mooglik.