Unsa ang usa ka cryogenic laser

Ang konsepto sa mga laser nga naglihok sa ubos nga temperatura dili bag-o: ang ikaduhang laser sa kasaysayan kay cryogenic. Sa sinugdanan, ang konsepto lisod makab-ot ang operasyon sa temperatura sa kwarto, ug ang kadasig alang sa trabaho sa ubos nga temperatura nagsugod sa dekada 1990 uban sa pag-uswag sa mga high-power laser ug amplifier.

Sa taas nga gahummga tinubdan sa laser, ang mga epekto sa kainit sama sa pagkawala sa depolarization, thermal lens o laser crystal bending makaapekto sa performance satinubdan sa kahayagPinaagi sa pagpabugnaw sa ubos nga temperatura, daghang makadaot nga epekto sa kainit ang epektibong mapugngan, buot ipasabot, ang gain medium kinahanglan nga pabugnawon ngadto sa 77K o bisan 4K. Ang epekto sa pagpabugnaw naglakip sa:

Ang kinaiya nga conductivity sa gain medium napugngan pag-ayo, labi na tungod kay ang mean free path sa pisi motaas. Tungod niini, ang temperature gradient moubos pag-ayo. Pananglitan, kung ang temperatura moubos gikan sa 300K ngadto sa 77K, ang thermal conductivity sa YAG crystal motaas og pito ka pilo.

Ang thermal diffusion coefficient mokunhod usab pag-ayo. Kini, uban sa pagkunhod sa temperature gradient, moresulta sa pagkunhod sa thermal lensing effect ug busa pagkunhod sa posibilidad sa stress rupture.

Ang thermo-optical coefficient mikunhod usab, nga dugang nga nagpakunhod sa epekto sa thermal lens.

Ang pagtaas sa absorption cross section sa rare earth ion kasagaran tungod sa pagkunhod sa broadening nga gipahinabo sa thermal effect. Busa, ang saturation power mokunhod ug ang laser gain motaas. Busa, ang threshold pump power mokunhod, ug mas mubo nga pulses ang makuha kung ang Q switch nag-operate. Pinaagi sa pagdugang sa transmittance sa output coupler, ang slope efficiency mahimong mouswag, busa ang parasitic cavity loss effect dili na kaayo importante.

Ang gidaghanon sa partikulo sa kinatibuk-ang ubos nga lebel sa quasi-three-level gain medium mikunhod, busa ang threshold pumping power mikunhod ug ang power efficiency miuswag. Pananglitan, ang Yb:YAG, nga nagpatunghag kahayag sa 1030nm, makita isip usa ka quasi-three-level system sa temperatura sa kwarto, apan usa ka four-level system sa 77K. Er: Parehas kini sa YAG.

Depende sa gain medium, ang kakusog sa pipila ka proseso sa quenching mokunhod.

Inubanan sa mga hinungdan sa ibabaw, ang operasyon sa ubos nga temperatura makapauswag pag-ayo sa performance sa laser. Sa partikular, ang mga low temperature cooling laser makakuha og taas kaayo nga output power nga walay thermal effects, buot ipasabot, maayo nga kalidad sa beam ang makuha.

Usa ka isyu nga angay hunahunaon mao nga sa usa ka cryocooled laser crystal, ang bandwidth sa radiated light ug ang absorbed light mokunhod, busa ang wavelength tuning range mas pig-ot, ug ang line width ug wavelength stability sa pumped laser mas hugot. Apan, kini nga epekto kasagaran talagsaon.

Ang cryogenic cooling kasagaran mogamit og coolant, sama sa liquid nitrogen o liquid helium, ug sa sulundon nga paagi ang refrigerant mo-circulate pinaagi sa usa ka tubo nga gilakip sa usa ka laser crystal. Ang coolant mapuno pag-usab sa paglabay sa panahon o i-recycle sa usa ka closed loop. Aron malikayan ang solidification, kasagaran gikinahanglan nga ibutang ang laser crystal sa usa ka vacuum chamber.

Ang konsepto sa mga kristal sa laser nga naglihok sa ubos nga temperatura mahimo usab nga magamit sa mga amplifier. Ang titanium sapiro mahimong magamit sa paghimo og positive feedback amplifier, nga ang aberids nga output power naa sa napulo ka watts.

Bisan tuod ang mga cryogenic cooling device mahimong makapakomplikadomga sistema sa laser, ang mas komon nga mga sistema sa pagpabugnaw kasagaran dili kaayo yano, ug ang kaepektibo sa cryogenic cooling nagtugot sa pagkunhod sa pagkakomplikado.