Что такое криогенный лазер

Концепция лазеров, работающих при низких температурах, не нова: второй лазер в истории был криогенным. Первоначально эта концепция была трудно достичь комнатной температуры, и энтузиазм по поводу низкотемпературной работы начался в 1990-х годах с разработкой мощных лазеров и усилителей.

В высокой мощностиЛазерные источники, тепловые эффекты, такие как потеря деполяризации, термическая линза или изгиб лазерного кристалля, могут повлиять на производительностьисточник светаПолем Посредством низкого температурного охлаждения можно эффективно подавить много вредных тепловых эффектов, то есть среда усиления необходимо охладить до 77K или даже 4K. Эффект охлаждения в основном включает в себя:

Характерная проводимость среды усиления значительно ингибируется, главным образом потому, что средний свободный путь веревки увеличивается. В результате градиент температуры резко падает. Например, когда температура снижается с 300 тыс. До 77 тыс., Теплопроводность кристалла YAG увеличивается в течение семи.

Коэффициент тепловой диффузии также резко уменьшается. Это, вместе с снижением градиента температуры, приводит к снижению эффекта теплового линзы и, следовательно, сниженной вероятности разрыва напряжения.

Термооптический коэффициент также уменьшается, что еще больше уменьшает эффект термической линзы.

Увеличение поперечного сечения поглощения ионов редкоземельной земли в основном обусловлено снижением расширения, вызванного тепловым эффектом. Следовательно, мощность насыщения уменьшается, а усиление лазера увеличивается. Следовательно, мощность порогового насоса уменьшается, а более короткие импульсы могут быть получены при работе Q. Увеличивая коэффициент пропускания выходного соединителя, эффективность наклона может быть повышена, поэтому эффект потери паразитной полости становится менее важным.

Количество частиц общего низкого уровня среды усиления квази-три уровня уменьшается, поэтому пороговая насосная мощность снижается, а эффективность мощности улучшается. Например, YB: YAG, который производит свет при 1030 нм, можно рассматривать как квази-тройка на уровне при комнатной температуре, но четырехуровневая система при 77 тыс.. ER: то же самое верно для Яга.

В зависимости от среды усиления, интенсивность некоторых процессов гашения будет уменьшена.

В сочетании с вышеуказанными факторами, низкая температура может значительно улучшить производительность лазера. В частности, низкотемпературные охлаждающие лазеры могут получать очень высокую выходную мощность без тепловых эффектов, то есть можно получить хорошее качество луча.

Одна из проблем, которую следует рассмотреть, состоит в том, что в кристалле с кристаллом кристал, полоса пропускания излучаемого света и поглощенный свет будет уменьшен, поэтому диапазон настройки длины волны будет более узкой, а ширина линии и устойчивости длины волны накачанного лазера будут более строгими. Однако этот эффект обычно встречается редко.

Криогенное охлаждение обычно использует охлаждающую жидкость, такую ​​как жидкий азот или жидкий гелий, и в идеале хладагент циркулирует через трубку, прикрепленную к лазерному кристаллу. Охлаждающая жидкость пополняется во времени или переработана в закрытой петле. Чтобы избежать затвердевания, обычно необходимо поместить лазерный кристалл в вакуумную камеру.

Концепция лазерных кристаллов, работающих при низких температурах, также может применяться к усилителям. Титановый сапфир может использоваться для создания усилителя положительных обратной связи, средней выходной мощности в десятках ватт.

Хотя криогенные охлаждающие устройства могут усложнитьЛазерные системы, более распространенные системы охлаждения часто менее просты, а эффективность криогенного охлаждения позволяет сделать некоторое снижение сложности.