რა არის კრიოგენული ლაზერი

დაბალ ტემპერატურაზე მომუშავე ლაზერების კონცეფცია ახალი არ არის: ისტორიაში მეორე ლაზერი კრიოგენული იყო. თავდაპირველად, კონცეფციის ოთახის ტემპერატურაზე მუშაობის მიღწევა რთული იყო და დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობისადმი ენთუზიაზმი 1990-იან წლებში დაიწყო მაღალი სიმძლავრის ლაზერებისა და გამაძლიერებლების შემუშავებით.

მაღალი სიმძლავრისლაზერული წყაროებითერმული ეფექტები, როგორიცაა დეპოლარიზაციის დაკარგვა, თერმული ლინზის ან ლაზერული კრისტალის მოხრა, შეიძლება გავლენა იქონიოს მოწყობილობის მუშაობაზე.სინათლის წყაროდაბალი ტემპერატურის გაგრილების გზით, მრავალი მავნე თერმული ეფექტის ეფექტურად ჩახშობა შესაძლებელია, ანუ გამაძლიერებელი გარემოს გაგრილება 77K-მდე ან თუნდაც 4K-მდეა საჭირო. გაგრილების ეფექტი ძირითადად მოიცავს:

გამაძლიერებელი გარემოს დამახასიათებელი გამტარობა მნიშვნელოვნად შეფერხებულია, ძირითადად იმიტომ, რომ თოკის საშუალო თავისუფალი გზა იზრდება. შედეგად, ტემპერატურის გრადიენტი მკვეთრად ეცემა. მაგალითად, როდესაც ტემპერატურა 300K-დან 77K-მდე იკლებს, YAG კრისტალის თბოგამტარობა შვიდიჯერ იზრდება.

თერმული დიფუზიის კოეფიციენტი ასევე მკვეთრად მცირდება. ეს, ტემპერატურის გრადიენტის შემცირებასთან ერთად, იწვევს თერმული ლინზირების ეფექტის შემცირებას და შესაბამისად, სტრესის გაწყვეტის ალბათობის შემცირებას.

თერმოოპტიკური კოეფიციენტიც მცირდება, რაც კიდევ უფრო ამცირებს თერმული ლინზის ეფექტს.

იშვიათმიწა იონების შთანთქმის განივი კვეთის ზრდა ძირითადად განპირობებულია თერმული ეფექტით გამოწვეული გაფართოების შემცირებით. შესაბამისად, მცირდება გაჯერების სიმძლავრე და იზრდება ლაზერული გაძლიერება. შესაბამისად, მცირდება ზღურბლის ტუმბოს სიმძლავრე და Q გადამრთველის მუშაობისას შესაძლებელია უფრო მოკლე იმპულსების მიღება. გამომავალი შემაერთებლის გამტარობის გაზრდით, შეიძლება გაუმჯობესდეს დახრილობის ეფექტურობა, ამიტომ პარაზიტული ღრუს დანაკარგის ეფექტი ნაკლებად მნიშვნელოვანი ხდება.

კვაზი-სამდონიანი გაძლიერების გარემოს მთლიანი დაბალი დონის ნაწილაკების რაოდენობა მცირდება, ამიტომ ზღურბლის ტუმბოს სიმძლავრე მცირდება და ენერგოეფექტურობა უმჯობესდება. მაგალითად, Yb:YAG, რომელიც 1030 ნმ-ზე წარმოქმნის სინათლეს, ოთახის ტემპერატურაზე შეიძლება განვიხილოთ, როგორც კვაზი-სამდონიანი სისტემა, მაგრამ 77K-ზე - როგორც ოთხდონიანი სისტემა. Er: იგივე ეხება YAG-საც.

გაძლიერების საშუალების მიხედვით, ზოგიერთი ჩაქრობის პროცესის ინტენსივობა შემცირდება.

ზემოთ ჩამოთვლილ ფაქტორებთან ერთად, დაბალ ტემპერატურაზე მუშაობას შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ლაზერის მუშაობა. კერძოდ, დაბალი ტემპერატურის გაგრილების ლაზერებს შეუძლიათ მიიღონ ძალიან მაღალი გამომავალი სიმძლავრე თერმული ეფექტების გარეშე, ანუ შესაძლებელია სხივის კარგი ხარისხის მიღება.

ერთ-ერთი გასათვალისწინებელი საკითხია ის, რომ კრიოგაცივებულ ლაზერულ კრისტალში გამოსხივებული და შთანთქმული სინათლის გამტარობა შემცირდება, ამიტომ ტალღის სიგრძის რეგულირების დიაპაზონი უფრო ვიწრო იქნება, ხოლო გამოტუმბული ლაზერის ხაზის სიგანე და ტალღის სიგრძის სტაბილურობა უფრო მკაცრი იქნება. თუმცა, ეს ეფექტი, როგორც წესი, იშვიათია.

კრიოგენული გაგრილების დროს, როგორც წესი, გამოიყენება გამაგრილებელი საშუალება, როგორიცაა თხევადი აზოტი ან თხევადი ჰელიუმი, და იდეალურ შემთხვევაში, მაცივარი ცირკულირებს ლაზერულ კრისტალზე მიმაგრებულ მილში. გამაგრილებელი საშუალება დროთა განმავლობაში ივსება ან გადამუშავდება დახურულ ციკლში. გამყარების თავიდან ასაცილებლად, როგორც წესი, აუცილებელია ლაზერული კრისტალის ვაკუუმურ კამერაში განთავსება.

დაბალ ტემპერატურაზე მომუშავე ლაზერული კრისტალების კონცეფცია ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამაძლიერებლებისთვის. ტიტანის საფირონის გამოყენება შესაძლებელია დადებითი უკუკავშირის გამაძლიერებლის დასამზადებლად, საშუალო გამომავალი სიმძლავრე ათობით ვატშია.

მიუხედავად იმისა, რომ კრიოგენული გაგრილების მოწყობილობებმა შეიძლება გაართულოსლაზერული სისტემები, უფრო გავრცელებული გაგრილების სისტემები ხშირად ნაკლებად მარტივია და კრიოგენული გაგრილების ეფექტურობა სირთულის გარკვეულწილად შემცირების საშუალებას იძლევა.