Криогендик лазер деген эмне

Лазерлердин төмөн температурада иштөө концепциясы жаңы эмес: тарыхтагы экинчи лазер криогендик болгон. Башында бул концепцияны бөлмө температурасында иштетүү кыйын болгон жана төмөнкү температурада иштөөгө болгон кызыгуу 1990-жылдары жогорку кубаттуулуктагы лазерлердин жана күчөткүчтөрдүн өнүгүшү менен башталган.

Жогорку кубаттуулукталазер булактары, деполяризациянын жоголушу, термикалык линза же лазердик кристаллдын ийилиши сыяктуу жылуулук таасирлери анын иштешине таасир этиши мүмкүнжарык булагыТөмөнкү температурада муздатуу аркылуу көптөгөн зыяндуу жылуулук таасирлерин натыйжалуу басууга болот, башкача айтканда, күчөтүүчү чөйрөнү 77K же ал тургай 4K чейин муздатуу керек. Муздатуу эффектиси негизинен төмөнкүлөрдү камтыйт:

Күчөтүүчү чөйрөнүн мүнөздүү өткөрүмдүүлүгү бир топ төмөндөйт, негизинен аркандын орточо эркин жолу жогорулагандыктан. Натыйжада, температура градиенти кескин төмөндөйт. Мисалы, температура 300 Кден 77 Кге чейин төмөндөгөндө, YAG кристаллынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү жети эсе жогорулайт.

Жылуулук диффузия коэффициенти да кескин төмөндөйт. Бул температура градиентинин төмөндөшү менен бирге жылуулук линзалоо эффектинин төмөндөшүнө жана демек, чыңалуудан улам үзүлүү ыктымалдыгынын төмөндөшүнө алып келет.

Термо-оптикалык коэффициент дагы төмөндөйт, бул жылуулук линзасынын эффектин андан ары азайтат.

Сейрек кездешүүчү жер ионунун сиңирүү кесилишинин көбөйүшү, негизинен, жылуулук эффектинен улам кеңейүүнүн азайышына байланыштуу. Ошондуктан, каныккандык кубаттуулугу азаят жана лазердик күч жогорулайт. Ошондуктан, босого насосунун кубаттуулугу азаят жана Q которгучу иштеп турганда кыска импульстарды алууга болот. Чыгуучу туташтыргычтын өткөрүмдүүлүгүн жогорулатуу менен, жантайыңкы эффективдүүлүктү жакшыртууга болот, ошондуктан мите көңдөйүнүн жоголушунун эффектиси анча маанилүү болбой калат.

Квази-үч деңгээлдүү күчөтүү чөйрөсүнүн жалпы төмөнкү деңгээлинин бөлүкчөлөрүнүн саны азаят, ошондуктан босоголук сордуруу кубаттуулугу азаят жана кубаттуулуктун натыйжалуулугу жогорулайт. Мисалы, 1030 нмде жарык чыгаруучу Yb:YAG бөлмө температурасында квази-үч деңгээлдүү система катары каралышы мүмкүн, ал эми 77Kде төрт деңгээлдүү система катары каралышы мүмкүн. Er: YAG үчүн да ушул эле нерсе туура.

Күчөтүүчү чөйрөгө жараша, кээ бир өчүрүү процесстеринин интенсивдүүлүгү төмөндөйт.

Жогорудагы факторлор менен айкалышып, төмөнкү температурада иштөө лазердин иштешин бир топ жакшырта алат. Атап айтканда, төмөнкү температурадагы муздатуучу лазерлер жылуулук эффекттерисиз өтө жогорку чыгуу кубаттуулугун ала алат, башкача айтканда, жакшы нур сапатын алууга болот.

Эске алынуучу бир маселе, криокалдатылган лазердик кристаллда нурланган жарыктын жана сиңирилген жарыктын өткөрүү жөндөмдүүлүгү азаят, ошондуктан толкун узундугун жөндөө диапазону тарыраак болот, ал эми сордурулган лазердин сызыктын туурасы жана толкун узундугунун туруктуулугу катуураак болот. Бирок, бул эффект көбүнчө сейрек кездешет.

Криогендик муздатуу адатта суюк азот же суюк гелий сыяктуу муздаткычты колдонот жана идеалдуу түрдө муздаткыч лазердик кристаллга бекитилген түтүк аркылуу айланат. Муздаткыч өз убагында толукталат же жабык циклде кайра иштетилет. Катып калбоо үчүн, адатта, лазердик кристаллды вакуумдук камерага салуу керек.

Төмөнкү температурада иштеген лазер кристаллдарынын концепциясын күчөткүчтөргө да колдонсо болот. Титан сапфирин оң кайтарым байланыш күчөткүчүн жасоо үчүн колдонсо болот, анын орточо чыгуу кубаттуулугу ондогон ватт.

Криогендик муздатуу түзмөктөрү татаалдаштырышы мүмкүн болсо далазердик системалар, кеңири таралган муздатуу системалары көп учурда анча жөнөкөй эмес, ал эми криогендик муздатуунун натыйжалуулугу татаалдыкты бир аз төмөндөтүүгө мүмкүндүк берет.