Apa itu laser cryogenic

Konsep laser yang beroperasi pada suhu rendah bukanlah hal baru: laser kedua dalam sejarah adalah cryogenic. Awalnya, konsep ini sulit untuk mencapai operasi suhu kamar, dan antusiasme untuk pekerjaan suhu rendah dimulai pada 1990-an dengan pengembangan laser dan amplifier daya tinggi.

Dalam kekuatan tinggiSumber Laser, Efek termal seperti kehilangan depolarisasi, lensa termal atau laser kristal bending dapat mempengaruhi kinerjasumber cahaya. Melalui pendinginan suhu rendah, banyak efek termal berbahaya dapat ditekan secara efektif, yaitu, media penguatan perlu didinginkan hingga 77k atau bahkan 4k. Efek pendinginan terutama meliputi:

Konduktivitas karakteristik dari media penguatan sangat dihambat, terutama karena jalur bebas rata -rata tali meningkat. Akibatnya, gradien suhu turun secara dramatis. Misalnya, ketika suhu diturunkan dari 300k ke 77K, konduktivitas termal kristal YAG meningkat dengan faktor tujuh.

Koefisien difusi termal juga berkurang dengan tajam. Ini, bersama -sama dengan pengurangan gradien suhu, menghasilkan efek lensing termal yang berkurang dan oleh karena itu berkurangnya kemungkinan pecahnya stres.

Koefisien termo-optik juga berkurang, lebih lanjut mengurangi efek lensa termal.

Peningkatan penampang penyerapan ion tanah jarang terutama disebabkan oleh penurunan pelebaran yang disebabkan oleh efek termal. Oleh karena itu, daya saturasi berkurang dan gain laser meningkat. Oleh karena itu, daya pompa ambang berkurang, dan pulsa yang lebih pendek dapat diperoleh ketika sakelar Q beroperasi. Dengan meningkatkan transmitansi coupler output, efisiensi kemiringan dapat ditingkatkan, sehingga efek kehilangan rongga parasit menjadi kurang penting.

Jumlah partikel dari total tingkat rendah media penguatan semu-tiga berkurang, sehingga daya pompa ambang berkurang dan efisiensi daya ditingkatkan. Misalnya, YB: YAG, yang menghasilkan cahaya pada 1030nm, dapat dilihat sebagai sistem level semu pada suhu kamar, tetapi sistem empat tingkat pada 77K. ER: Hal yang sama berlaku untuk Yag.

Bergantung pada media penguatan, intensitas beberapa proses pendinginan akan berkurang.

Dikombinasikan dengan faktor -faktor di atas, operasi suhu rendah dapat sangat meningkatkan kinerja laser. Secara khusus, laser pendingin suhu rendah dapat memperoleh daya output yang sangat tinggi tanpa efek termal, yaitu, kualitas balok yang baik dapat diperoleh.

Salah satu masalah yang perlu dipertimbangkan adalah bahwa dalam kristal laser cryocooled, bandwidth dari cahaya yang dipancarkan dan cahaya yang diserap akan berkurang, sehingga rentang tuning panjang gelombang akan lebih sempit, dan lebar garis dan stabilitas panjang gelombang laser yang dipompa akan lebih ketat. Namun, efek ini biasanya jarang terjadi.

Pendinginan kriogenik biasanya menggunakan pendingin, seperti nitrogen cair atau helium cair, dan idealnya refrigeran yang bersirkulasi melalui tabung yang melekat pada kristal laser. Pendingin diisi ulang dalam waktu atau didaur ulang dalam lingkaran tertutup. Untuk menghindari pemadatan, biasanya perlu menempatkan kristal laser di ruang vakum.

Konsep kristal laser yang beroperasi pada suhu rendah juga dapat diterapkan pada amplifier. Titanium safir dapat digunakan untuk membuat penguat umpan balik positif, daya output rata -rata dalam puluhan watt.

Meskipun perangkat pendingin kriogenik dapat memperumitSistem Laser, sistem pendingin yang lebih umum seringkali kurang sederhana, dan efisiensi pendinginan kriogenik memungkinkan pengurangan kompleksitas.